Suministro sostenible de proteínas: convertir la energía solar en proteínas
En el laboratorio, la energía fotovoltaica, el hidrógeno y las enzimas especializadas están sustituyendo al cultivo de plantas forrajeras ricas en proteínas.
Según las previsiones de las Naciones Unidas, la demanda mundial de alimentos podría aumentar en torno al 60 % para 2050, mientras que se prevé que solo se disponga de un 2 % adicional de tierras agrícolas. Por ello, investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) están explorando nuevos enfoques para garantizar la seguridad alimentaria. Un equipo del campus de Straubing de la TUM ha desarrollado un proceso para producir aminoácidos esenciales a partir de dióxido de carbono, hidrógeno y energía renovable.
Viktoria Lehmann, investigadora doctoral de la Cátedra de Química de Recursos Biogénicos de la TUM, describe una posible aplicación de los aminoácidos producidos mediante biotecnología: «Una vaca lechera necesita mucho más que la hierba que crece en su pasto. Para obtener una alta producción de leche se requiere un aporte proteico adicional, que normalmente se suministra a través del pienso. Estos piensos están enriquecidos con aminoácidos, los componentes químicos básicos de las proteínas. En los sistemas de producción ganadera de todo el mundo se utilizan millones de toneladas de aminoácidos como aditivos para piensos. Sin embargo, su producción consume grandes cantidades de tierra, agua y otros recursos. Queríamos encontrar una forma más eficiente en el uso de los recursos para satisfacer esta demanda de proteínas».
En un estudio publicado recientemente, el equipo ha demostrado su enfoque. El concepto en el que se basa es el siguiente: la energía solar se convierte en electricidad mediante sistemas fotovoltaicos. Esta electricidad se utiliza para generar hidrógeno, que, junto con el dióxido de carbono, se convierte en metanol, un alcohol ampliamente utilizado en la industria como precursor químico. A continuación, unas enzimas especializadas convierten el metanol, paso a paso, en aminoácidos. El aminoácido que se produce depende de las enzimas específicas utilizadas.
«Las plantas utilizan la luz solar para producir biomasa, pero son relativamente ineficientes a la hora de hacerlo. Estamos investigando una vía alternativa en la que la energía renovable se convierte primero en portadores de energía química y, a continuación, en valiosos componentes básicos de las proteínas», afirma Volker Sieber, catedrático de Química de Recursos Biogénicos y rector del Campus Straubing de la TUM. «A largo plazo, este enfoque podría contribuir a un uso más productivo de la tierra disponible y permitir una producción más sostenible de aminoácidos».
Una tecnología de plataforma modular
En 2023, los investigadores demostraron la producción del aminoácido L-alanina a partir de metanol verde. Su último trabajo amplía este enfoque a un total de siete aminoácidos. «Nuestro concepto modular “plug-and-play” puede compararse con un juego de construcción», explica la Dra. Vivian Willers, cuya investigación doctoral sentó las bases del estudio. «Lo que comenzó con un único aminoácido se está convirtiendo cada vez más en una tecnología de plataforma para producir componentes básicos de las proteínas a partir de energía renovable».
El equipo logró producir con éxito los aminoácidos glicina, serina, ácido L-aspártico, L-valina, ácido L-glutámico y L-prolina. En el futuro, esta tecnología podría ayudar a reducir la dependencia de ingredientes alimentarios ricos en proteínas, como la soja, que no siempre se producen de forma sostenible. Estos aminoácidos son también componentes clave de los medios de cultivo utilizados en la producción de carne cultivada. Por ello, los investigadores prevén aplicaciones que van mucho más allá de la agricultura convencional.
Aunque el equipo ha podido demostrar toda la cadena de proceso —desde el dióxido de carbono, pasando por el metanol, hasta llegar finalmente a los aminoácidos—, los volúmenes de producción actuales siguen siendo demasiado bajos para su uso comercial. Por ello, los investigadores están trabajando para mejorar aún más el rendimiento de las enzimas implicadas.
«Nuestro trabajo es, ante todo, una demostración de viabilidad tecnológica», afirma el profesor Volker Sieber. «Hemos demostrado que se puede producir una amplia gama de aminoácidos biológicamente relevantes a partir de metanol derivado del CO₂. Esto abre nuevas posibilidades para la producción sostenible de componentes básicos de las proteínas».
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