Bioquímica. La ingeniera química Kristala Jones Prather ve a las bacterias como “fábricas químicas” tan diversas y complejas que, al menos potencialmente, pueden elaborar mejores biocombustibles así como plásticos y telas biodegradables. Ella y Gregory Stephanopoulos, profesor de Ingeniería Química en el MIT, están tratando de crear bacterias que produzcan biocombustibles y otros compuestos más eficientemente, mientras la profesora de química Catherine Drennan espera que algún día las bacterias puedan ayudar a limpiar contaminantes tales como el monóxido de carbono y el dióxido de carbono de la atmósfera terrestre.

Presentes en prácticamente todos los hábitats de la Tierra, las bacterias producen innumerables compuestos químicos. Algunas sintetizan productos valiosos para los seres humanos, como por ejemplo biocombustibles, plásticos y fármacos, en tanto que otras descomponen contaminantes atmosféricos. La mayoría de ellas dependen de los compuestos de carbono como fuente de energía, pero las especies difieren grandemente unas de otras en sus procesos metabólicos.

Los ingenieros expertos en el metabolismo bacteriano están aprendiendo a sacar partido de esos procesos, siendo la producción de biocombustibles un área de gran interés. En el MIT, Prather está desarrollando bacterias que pueden producir combustibles tales como butanol y pentanol a partir de subproductos agrícolas, y Stephanopoulos está tratando de hacer mejores productores microbianos de biocombustibles mediante la estrategia de mejorar su resistencia a la toxicidad de los materiales que fermentan y de las sustancias que producen ellos mismos.

El alza en el precio del petróleo y las crecientes emisiones de gases de efecto invernadero han acelerado la búsqueda científica de mejores métodos de producción de biocombustibles y de otros compuestos químicos como los bioplásticos. Producir plásticos y telas empleando bacterias puede consumir mucha menos energía que los procesos industriales tradicionales, porque la mayoría de las reacciones químicas industriales requieren de elevadas temperaturas y presiones (las cuales a su vez necesitan mucha energía para obtenerse). Las bacterias, en cambio, normalmente proliferan a unos 30 grados centígrados, y a presión atmosférica normal.

La ingeniería metabólica no sólo envuelve crear nuevos productos, sino también desarrollar formas más eficientes de producir compuestos existentes. Recientemente, el laboratorio de Prather, combinando genes de plantas, levaduras y bacterias, logró desarrollar un nuevo método para sintetizar ácido glucárico, un compuesto con múltiples usos, desde la síntesis de nailon hasta el tratamiento del agua. Prather también está trabajando en bacterias que transforman glucosa y otros compuestos iniciales simples en productos que pueden emplearse para producir plásticos biodegradables, como por ejemplo el PHA.

En el laboratorio de Stephanopoulos, los investigadores están desarrollando nuevas formas de producir biodiésel, además de otros productos que incluyen al aminoácido tirosina (un componente de algunos fármacos y aditivos alimentarios), biopolímeros y ácido hialurónico, un lubricante natural que puede ser empleado para el tratamiento de la artritis. En vez de utilizar a las bacterias para elaborar productos, Drennan está estudiando cómo pueden ellas degradar compuestos, específicamente monóxido de carbono, dióxido de carbono y otros contaminantes atmosféricos.

Los microbios con los que trabaja Drennan, y que se encuentran en una amplia variedad de hábitats, incluyendo el agua dulce de los manantiales termales, absorben dióxido de carbono y/o monóxido de carbono, y los usan para producir energía. Tales microbios retiran del entorno una cantidad de monóxido de carbono estimada en mil millones de toneladas. Drennan y sus colaboradores están usando la cristalografía de rayos X para averiguar cómo actúan las enzimas de estas bacterias. Tal conocimiento podría conducir al desarrollo de catalizadores para disminuir los niveles de monóxido de carbono en áreas muy contaminadas.

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