Con la tarea de mejorar el procedimiento biológico para la degradación de biomasa vegetal y obtener una mayor eficiencia en el rendimiento del bioetanol, especialistas en biotecnología del INTA desarrollaron un portfolio de enzimas activas sobre carbohidratos para su aplicación en la obtención de etanol de segunda generación.
A partir del estudio del genoma y del conjunto de proteínas secretadas –secretoma– de aislamientos bacterianos celulolíticos nativos de la Argentina, lograron reconocer las enzimas activas sobre carbohidratos y, además, desarrollar y caracterizar una biblioteca de enzimas recombinantes.
“Estudiamos cómo las bacterias y los hongos degradan los polisacáridos, es decir, las estructuras de resistencia que tienen las plantas”, señaló Eleonora Campos, del Instituto de Biotecnología del Centro Nacional de Investigaciones Agropecuarias (CNIA) del INTA en Castelar –Buenos Aires–.
Según Campos, aprovechan la biomasa residual disponible en los campos como paja de caña de azúcar, trigo, cebada y también el marlo de maíz, entre otros.
El desarrollo es posible porque “nuestro país cuenta con mucha biomasa residual de origen agronómico que se genera en el campo y en procesos agroindustriales, como la producción de azúcar a partir de la caña de azúcar que genera bagazo y puede ser aprovechado”, destacó.
Vinculada con esta línea investigación desde sus inicios, Campos indicó que “hace 10 años el INTA tomó la decisión de empezar a desarrollar biotecnología para biocombustibles”.
El grupo de investigación, que lidera Campos y que también integran Mercedes Garrido, Silvina Ghio, Ornella Ontañon y Florencia Piccinni, está enfocado en conocer la función de los microorganismos que la descomponen, es decir, qué mecanismos utilizan.
Evolución de enzimas en marlo de maíz dulce con 24 horas de incubación. A la izquierda puede verse el efecto de las enzimas comerciales y, a la derecha, el efecto de adicionar una xilanasa desarrollada por el INTA donde se observa una mejora en la licuefacción.
Y si bien conocen que secretan enzimas que actúan sobre los polisacáridos, “nos preguntamos si las podemos producir y usar, si son todas necesarias o cuáles de estas enzimas requerimos para la degradación de la biomasa y así obtener una mayor eficiencia en el rendimiento del bioetanol”, explicó.
Campos señaló que estas enzimas, entre otros usos, permiten generar polisacáridos cortos –xilooligosacáridos– que pueden tener “función prebiótica cuya utilidad, en condición de suplemento dietario, estaría en mejorar la digestibilidad de los alimentos para humanos y animales”.
Enfocado en la aplicación de los procesos de bioconversión de biomasa a etanol, el equipo estudia también la obtención de xilooligosacáridos a partir de hemicelulosa y el efecto sobre la digestibilidad de alimento para animales monogástricos (cerdos y aves), en pos de establecer el protocolo y formulación para su uso.
El portfolio de enzimas permite conocer cómo actúan, cuáles son sus características y en qué procesos pueden aplicarse. A partir de estos micoorganismos que degradan la pared celular vegetal, trabajaron para secuenciar su información genética y caracterizar las proteínas que secretan, clonarlas y expresarlas de manera recombinante para poder estudiarlas.
Esto le permitió al INTA “contar con un portfolio de enzimas de las que sabemos exactamente cómo actúan y cuáles son sus características, pero, además, en qué procesos se pueden aplicar porque las conocemos en detalle”, indicó.
Las investigadoras del Instituto de Biotecnología reconocieron que en la naturaleza es posible observar estos procesos. En un bosque donde hay hojas o troncos en el suelo en estado de descomposición, lo que ocurre es que los microorganismos están actuando.
Biológicamente se descomponen “estos polisacáridos, que son estructuras de resistencia más grandes, en componentes más pequeños –azúcares– y los utilizan como fuente de carbono; de esta manera es como se recicla el carbono en la tierra”, dijo Mercedes Garrido.
Por su parte, otros grupos de investigadores del INTA trabajan en diversos aspectos del proceso en cuanto a relevar biomasa, disponibilidad y posibilidad de uso.
El equipo de investigación integrado por Mercedes Garrido, Silvina Ghio, Ornella Ontañon, Eleonora Campos y Florencia Piccinni.
Etanol de segunda generación
En etapa de desarrollo en el mundo entero, la generación de biocombustibles ya cuenta con plantas a escala piloto y demostrativas y muy pocas a escala comercial. Recientemente en Brasil se inauguró una instalación que utiliza bagazo de azúcar.
Y si bien aún no se lo considera como una inversión comercial atractiva, los especialistas reconocen la necesidad de que sea viable técnicamente a un costo razonable. Donde los pasos más importantes están en el pretratamiento de la biomasa, en la capacidad de hidrolítica enzimática y en investigación, tanto para mejorar los cócteles enzimáticos como para desarrollar nuevos.
Para Campos, el impulso que se le dio desde el INTA a la investigación en enzimas “nos permitió conocer en detalle los procesos de deconstrucción de los polisacáridos”. Este conocimiento generado derivó en líneas de investigación que ya permiten aprovechar la biomasa en múltiples aplicaciones.
En el desarrollo de bioetanol de segunda generación el INTA no está solo. Integra el proyecto BABET-REAL5 que tiene “como objetivo desarrollar una solución alternativa para la producción de biocombustibles de segunda generación a partir de biomasa lignocelulósica de residuos agroindustriales que no compitan con la producción de alimentos, el uso del suelo y del agua”, explicó Campos quien trabaja junto a Jorge Hilbert y Daniel Grasso, referente en biocombustibles y especialista del Instituto de Suelos del INTA, respectivamente.
Este proyecto pretende llevar a un nivel de tecnología lista TRL 5 (Nivel de Preparación Tecnológica, según sus siglas en inglés), indicador usado en el sector industrial para delimitar el grado de madurez de una tecnología, para lo cual se generaron grupos en el desarrollo y evaluación de enzimas, optimización de los pretratamientos, desarrollo de microorganimos fermentadores y análisis económico del proceso, así como el análisis del ciclo de vida de la planta de procesamiento
Con la participación de once instituciones de Europa y cuatro de Latinoamérica encuadradas en la convocatoria Horizon 2020 de la Unión Europea, que finalizará en febrero, el consorcio responsable del proyecto del cual forma parte el INTA espera que esta tecnología sea competitiva a pequeña escala industrial y aplicable a una mayor cantidad de materias primas y en diferentes zonas rurales en el mundo.
