Impacto de la biotecnologia en el sector industrial y energetico

Introducción

Desde el año 2003, la fructífera
colaboración entre las Fundaciones Estatales, Genoma
España y OPTI (Observatorio de Prospectiva
Tecnológica Industrial), ha tenido como colofón la
realización y publicación de una colección
de Informes de Prospectiva Tecnológica sobre el Impacto de
la Biotecnología en diferentes sectores. En el
año

2004, se publicó el primero de estos informes en
el sector sanitario (Biotecnología Roja); en el año
2005, se publicó el segundo, en este caso sobre los
sectores agrícola, ganadero y forestal
(Biotecnología Verde); y ya por último, en el
presente año 2006, se publica el informe del que este
párrafo es introductorio, sobre los sectores industriales
y energéticos (Biotecnología Blanca).

A lo largo de este intenso trabajo de más de tres
años, la colección de Informes de Prospectiva
Tecnológica sobre el Impacto de la Biotecnología,
ha tenido siempre el mismo objetivo: servir de ayuda en la toma
de decisiones, tanto en entornos públicos, que establecen
programas y políticas de fomento, como en entornos
privados, que establecen estrategias de desarrollo de productos y
servicios. Siguiendo esta filosofía de utilidad para
diferentes interlocutores de la Biotecnología, el presente
informe ha abordado el estudio de las tendencias sociales,
económicas y tecnológicas que pueden contribuir a
perfilar la aplicación presente y futura de la
Biotecnología en sectores químico-industriales y
energéticos.

En el transcurso de la elaboración y
redacción de este nuevo informe se han identificado una
serie de tecnologías concretas y que, gracias al Panel de
Expertos y la encuesta realizada a decenas de expertos, se han
evaluado y seleccionado para poder constituir un
listado de tecnologías críticas.

En un horizonte temporal menor a los diez años,
muchas de las tecnologías identificadas en este informe
serán una realidad que impregnará nuestra vida
diaria, incluyendo la mejora o el desarrollo de nuevos
materiales, combustibles y fármacos. Si el
siglo XX ha estado caracterizado por el empuje del sector
petroquímico, proveyendo de productos tan
básicos para la sociedad como la gasolina o los
plásticos, en el siglo XXI es previsible que asistamos a
un cierto declive de dicho sector en favor de la
biotecnología industrial y energética. La
utilización de las cosechas, en muchos casos modificadas
genéticamente para adaptarse a las condiciones de
transformación industrial, de la biomasa y los residuos,
así como la transformación y
utilización de microorganismos y de sus
productos enzimáticos, permitirán situar a la
Biotecnología en un lugar preferente, como suministradora
de productos industriales y energéticos rentables,
novedosos y menos contaminantes.

Entorno
socio-económico

Como ya se ha comentado, el objeto del presente informe
es vislumbrar el posible futuro de los sectores industrial y
energético y la implicación que tendrá la
Biotecnología en los mismos.

Para ello, es fundamental analizar el entorno social,
económico y tecnológico en el que nos encontramos y
en el que han de desarrollarse las tecnologías
críticas cuya identificación constituye el objetivo
último de este informe.

El sector industrial, y en concreto el de la
química industrial, es uno de los sectores de mayor
importancia en la economía europea y española
debido al gran volumen de negocio que genera y a que se trata de
una industria indispensable para el resto de los sectores
económicos. El sector energético, y en concreto los
combustibles, es tanto o más estratégico que
el anterior para economías con gran dependencia
energética del exterior como España y otros
países europeos.

El estudio en profundidad de los factores sociales y
económicos que pueden influir de manera
notoria en la evolución de estos sectores, pone de
manifiesto que algunos de los factores críticos
son:

• Respeto por el medio ambiente:
legislación medioambiental. La protección y
mejora de la calidad del medio ambiente es un reto al que se
enfrenta la industria en general, y la industria química
en concreto.

Por ejemplo la Unión Europea ha elaborado una
normativa medioambiental para los productos químicos,
entre cuyos objetivos se encuentra mejorar la protección
de la salud humana y del medio ambiente. Se trata de la normativa
de Registro, Evaluación y Autorización de Productos
Químicos (REACH en sus siglas en inglés).
Según esta normativa, que se espera que entre
en vigor próximamente, corresponde a fabricantes,
importadores y usuarios intermedios garantizar que sólo se
fabriquen, comercialicen y usen sustancias que no afecten
negativamente a la salud humana y al medio ambiente.

El impacto que la aplicación de dicha normativa
tendrá es difícil de evaluar, pero todo parece
indicar que la implantación del sistema REACH
pondrá en franca desventaja a la industria europea frente
a terceros países y a la importación de productos
fabricados fuera de la UE. Entre las consecuencias previstas se
encuentran la subida de los costes de desarrollo, la
reducción de los catálogos de los productos de las
empresas a los productos clave o prioritarios y la
desaparición de muchas empresas medianas y pequeñas
o su absorción por parte de otros mayores. Teniendo en
cuenta que en España las PYME constituyen casi el 96% del
sector, el impacto podría ser muy importante.

Respecto a la contribución del sector privado, la
inversión en I+D+i en 2004 del sector químico
corresponde al 26,6% del gasto total procedente de la industria
que se realiza en España, del cual el 71% fue realizado
por el sector farmacéutico.

La implantación del sistema REACH supondrá
un gasto para las empresas que muy probablemente haga que la
inversión en I+D+i se resienta.

• Desarrollo sostenible. El Convenio de
Biodiversidad firmado en 1992 en Río de
Janeiro, y ratificado por España en 1993, constituye
el máximo exponente de las estrategias de
conservación del siglo XX. En él se establece la
biodiversidad como un patrimonio común de la humanidad,
cuya conservación es una responsabilidad compartida que ha
de llevarse a cabo en un marco de uso sostenible.

Sus tres objetivos principales son la
conservación de la diversidad biológica, el uso
sostenible de sus componentes y la distribución justa y
equitativa de los beneficios derivados de la utilización
de los recursos genéticos.

En la elaboración del Convenio, los gobiernos
reconocieron la posibilidad que la Biotecnología moderna
tiene de contribuir a la consecución de estos objetivos en
la medida en que se desarrollase y utilizase, con arreglo a
ciertas medidas de seguridad adecuadas para la salud del medio
ambiente y del hombre.

En términos reales este convenio establece que
las comunidades regionales y/o locales deben beneficiarse de los
descubrimientos de moléculas activas, sobre todo con fines
farmacéuticos, que se produzcan en su entorno. Los
principios de este convenio ya han empezado a aplicarse por
diferentes empresas, incluidas las estadounidenses, aunque su
país no haya firmado el mismo.

• Cambio climático y Protocolo de
Kioto. La industrialización, las emisiones de gases
contaminantes, la deforestación y la tala de bosques y
ciertas prácticas agrarias son algunas de las causas que
han contribuido al efecto invernadero y al calentamiento global
del planeta.

El Protocolo de Kioto, firmado en diciembre de 1997 en
el marco del Convenio de las Naciones Unidas sobre el Cambio
Climático, concluyó con la adopción de un
acuerdo de reducción de emisiones de gases con efecto
invernadero del 5,2% respecto de los niveles de 1990, durante el
período comprendido entre los años 2008 y
2012.

La Unión Europea fijó como objetivo la
reducción de dichas emisiones en un 8%. Los compromisos
asumidos por cada Estado Miembro varían en función
de una serie de parámetros de referencia que en el caso de
España suponen la obligación de no superar en
más del 15% el nivel de emisiones de 1990.

Sin embargo, España es el país de la UE
que más se aleja de los compromisos contraídos para
la reducción de emisiones. De hecho, éstas han
aumentado un 45,6% entre 1990 y 2004, lo que supone más
del doble del nivel que España podría
aumentar sus emisiones para el período 2008-2012.
Las mayores contribuciones a estas emisiones proceden del sector
energético, con un aumento del 48% respecto a 1990,
seguido de los procesos industriales distintos a la
combustión, con un aumento del 23,1% respecto a 1990. El
menor caudal de los ríos en España debido a la
sequía del último año, motivó un
mayor uso de combustibles fósiles en la generación
de energía para compensar la disminución de
energía hidroeléctrica.

• Dependencia energética y fuerte
incremento del precio del crudo. Los materiales que utiliza
la industria química como fuente de energía y como
materias primas son principalmente derivados del
petróleo. El aumento del precio del petróleo que se
ha producido en los últimos años, llegando a los 75
dólares por barril a principios de mayo de 2006, debido al
fuerte incremento de la demanda, sobre todo de China, a la
inseguridad de suministro en ciertos países con problemas
de estabilidad y a un no menos importante cierto grado de
especulación, hace necesario el desarrollo de nuevas
fuentes de energía y de nuevas materias primas.
Según el Informe de Seguimiento de la Evolución
Tecnológica en 2004 elaborado por la Fundación
OPTI, España presentó en ese año un grado de
dependencia energética mayor del 70%,
superando ampliamente la media europea, que se encuentra en
el 50%1.

A lo largo de estos últimos años se ha
incorporado en muchas agendas políticas la necesidad de
reducir la dependencia de las materias primas
petroquímicas mediante el desarrollo de nuevas formas de
energías alternativas, que permitan además
disminuir las emisiones de gases con efecto invernadero,
así como de nuevas materias primas renovables.

Además, existe la tendencia de, frente a la
"economía del hidrocarburo" en la que nos encontramos en
este momento, desarrollar una nueva economía basada en los
carbohidratos. Un cambio en las materias primas de hidrocarburos
fósiles a materias primas procedentes de plantas, animales
o microorganismos (biorrefinerías), ayudaría a una
reestructuración del sector químico que
permitiría una producción sostenible.

• Incremento de la demanda
energética. En los últimos años en
nuestro país se ha producido un incremento sustancial de
la demanda energética, debido principalmente al consumo de
carburantes para el transporte y de energía
eléctrica tanto industrial como doméstica. Las
previsiones sobre consumo energético, sitúan el
consumo de energía en España para el 2010 en 167
Millones de tep (toneladas de petróleo equivalente), lo
que supone un incremento del consumo de 18,5% en el
periodo 2006-2010. Además, también se
prevé que a lo largo del periodo de referencia 2006-2010,
los sectores de consumo que más van a incrementar su
demanda de energía serán el doméstico y el
transporte por carretera.

Las proyecciones de demanda energética para
España son tan altas, y la capacidad de
incrementar la producción de energía tan
moderada, que incluso se ha abierto el debate político
sobre la conveniencia de abrir nuevas centrales
nucleares.

En la actualidad y con vistas a fomentar la
producción energética en España, y una
producción energética sostenible con el medio
ambiente, se está favoreciendo considerablemente el
desarrollo de las energías renovables.

Por citar un ejemplo sólo un 6,5% de la
energía utilizada en España proviene de fuentes
renovables, por lo que se hace necesario potenciar su
utilización al menos hasta alcanzar el objetivo del 12% de
consumo de energías renovables sobre el total de la
demanda, tal y como figura en el Plan de Energías
Renovables en España 2005-2010, realizado por el IDEA del
Ministerio de Industria, Turismo y Comercio.

El informe sobre la situación y perspectivas de
los biocarburantes en España, elaborado por la
Asociación de Productores de Energías Renovables
(APPA), indica que se incumplirá el objetivo europeo de
alcanzar en 2005 un consumo de biocarburantes del 2% del mercado
nacional de gasolina y gasóleo para el transporte, y
sólo llegará al 0,8%2. El nuevo Plan de
Energías Renovables para España, PER 2005-2010,
anuncia la puesta en marcha de medidas específicas para
corregir esta situación.

• Políticas de fomento de la
innovación. El crecimiento económico y la
competitividad pasan ineludiblemente por la investigación,
la tecnología y la innovación. Por este motivo, la
agenda política de los países líderes en el
desarrollo económico y social incluye como prioridad la
Investigación y la Innovación.

En el Consejo Europeo de Lisboa, que tuvo lugar en 2000,
se llegó al acuerdo de que Europa sería la
economía basada en el conocimiento más competitiva
y dinámica del mundo para el año 2010. El
éxito de dicha iniciativa, conocida como la Estrategia de
Lisboa, estaba condicionado a un crecimiento del 3%, y
llevaría al pleno empleo.

Sin embargo, y pasados cinco años, el Cuadro de
Indicadores 2005 sobre Innovación en Europa3 pone de
manifiesto la pérdida de eficiencia de la economía
europea respecto a sus competidores y señala que, al ritmo
actual de crecimiento, el tiempo de convergencia con Estados
Unidos sería de 50 años.

En la actualidad España invierte en I+D el 1,05%
del PIB, poco más de la mitad del promedio de la UE, con
lo que al ritmo actual tardaríamos 20 años en
alcanzar dicho promedio. España se encuentra muy retrasada
respecto a la media comunitaria y perdiendo posiciones en el
rendimiento de la innovación. De hecho, se sitúa en
el puesto 16 de los 25 Estados Miembros de la Unión
Europea en materia de innovación; y en el puesto 21 de la
lista formada por los 25 estados de la UE, EE.UU., Japón,
Islandia, Suiza, Noruega, Turquía, Bulgaria y Rumania. A
su vez, y a pesar de los buenos resultados económicos que
se vienen registrando desde hace bastantes años, el nivel
de innovación disminuye, lo cual se convertirá en
un problema a largo plazo.

Con el objeto de mejorar esta situación, el
gobierno ha puesto en marcha el programa INGENIO 2010.
Dicho programa supone un compromiso que pretende involucrar al
Estado, la iniciativa privada, la universidad y otros organismos
públicos y de investigación, en un esfuerzo por
impulsar el desarrollo científico y tecnológico en
España. Entre sus objetivos para 2010 se encuentran
alcanzar el 2% del PIB destinado a I+D, llegando al 55% de la
contribución privada en inversión en I+D, y al 0,9%
de la contribución pública en inversión en
I+D. Para conseguirlo cuenta con tres instrumentos que son
CÉNIT, CONSOLIDER Y AVANZ@.

CÉNIT tiene como objetivo aumentar la
cooperación pública y privada en I+D+i; CONSOLIDER
es una línea estratégica para conseguir la
excelencia investigadora aumentando la cooperación entre
investigadores y formando grandes grupos de investigación;
y AVANZ@ es el programa para alcanzar la media europea en los
indicadores de la Sociedad de la Información.

• Competitividad. Según los datos de
2004, la Europa de los 25 aglutina la tercera parte de la
producción química mundial, seguida por Asia
(especialmente impulsada por el crecimiento de China) y Estados
Unidos.

La competitividad de la industria química europea
se encuentra en peligro debido a sus elevados costes de
producción, como consecuencia principalmente de las
repercusiones del aumento del precio del petróleo, el bajo
crecimiento de mercado y la deslocalización de las
industrias clientes.

Según el Foro Económico Mundial, en el
caso de España ha pasado del puesto 23 en el año
2004 al puesto 29 en el año 2005 en el ranking del
Crecimiento de la Competitividad. Muchos países
asiáticos, lugares predilectos de la
subcontratación para la industria química, ya
figuran claramente por encima de España, mientras que la
gran mayoría de países de Europa del Este se
sitúan por debajo de España, si bien su tasa de
crecimiento hace pensar que en el año 2006 y 2007 muchos
de estos países adelanten a España en este
ranking.

El sector productivo español no se encuentra en
su mejor momento, algunas de las causas principales para perder
competitividad industrial van más allá del coste
salarial, e incluyen un claro déficit tecnológico y
un coste energético alto. En esta coyuntura, la
Biotecnología aplicada a los procesos industriales
químicos y de generación de energía
debería dar sus frutos, sobre todo en aquellas naciones
que hagan de esta nueva tecnología una
ventaja competitiva.

Desde la Federación Empresarial de la Industria
Química Española (FEIQUE), en colaboración
con ASEBIO, FEDIT y la Red OTRI de Universidades, se ha promovido
la creación de la Plataforma Tecnológica
Española de Química Sostenible. Al igual que su
homóloga europea (SUSCHEM), nace de la necesidad de
asegurar la competitividad del sector en España a largo
plazo, mediante la promoción y ejecución de
acciones innovadoras globales de carácter
estratégico. La Plataforma pretende apoyar el éxito
a largo plazo de la industria química e industrias
asociadas, proporcionando incentivos para la investigación
química y la innovación, tanto en el ámbito
de la industria como del sector público. Para ello, se
pretende establecer una red de alianzas estratégicas e
intelectuales que acoja todo el proceso innovador (de la idea al
mercado).

Entorno
Tecnológico

La Biotecnología Industrial y Energética
consiste en la aplicación de las herramientas de la
Biotecnología para la producción sostenible de
compuestos químicos, biomateriales y biocombustibles,
mediante el uso de células vivas o sus sistemas
enzimáticos. Entre los principales beneficios que la
Biotecnología puede proporcionar, se encuentran la mejora
de los medios de producción, el desarrollo de nuevos
productos y la reducción del impacto ambiental de las
actividades industriales.

En Europa actualmente cerca del 5% de los productos
químicos se obtienen mediante Biotecnología. La
OCDE estimó que para el año 2010 un quinto de la
producción química podría ser traspasada a
la Biotecnología Industrial y el 60% de los productos de
química fina podrían fabricarse por medio de
herramientas biotecnológicas4. Para 2010 se espera que en
Europa el 6% del combustible sea bioetanol, y que ciertos
compuestos químicos estén compuestos por sustancias
biológicas en un 50%.

No obstante, el cumplimiento de estas previsiones
depende en gran medida de factores como el precio de la materia
prima, la aceptación del consumidor, así como las
políticas gubernamentales e inversiones que lo
soporten.

En el caso del sector industrial y energético,
teniendo en cuenta cómo se plantea el contexto
socioeconómico, puede considerarse que su futuro pasa por
la Biotecnología.

Los objetivos de la aplicación de la
Biotecnología en esos sectores se pueden resumir en los
siguientes:

• Aumento de la competitividad de la industria
química.

• Desarrollo de productos y procesos respetuosos
con el medio ambiente.

• Desarrollo de procesos que permitan la
utilización de materias primas alternativas a los
productos derivados del petróleo.

• Reducción de las emisiones de gases con
efecto invernadero.

• Desarrollo de tecnologías que permitan la
descontaminación.

• Desarrollo de alternativas al uso del
petróleo como fuente de energía.

Las biotecnologías disponibles para alcanzar
estos objetivos son las siguientes:

3.1. Tendencia tecnológica I
Biotransformación

Las enzimas son catalizadores de origen
biológico responsables de las reacciones químicas
que tienen lugar dentro de los seres vivos. Presentan una alta
especificidad, proporcionando una capacidad de
transformación altamente selectiva y versátil, de
gran impacto en el mundo químico. La biocatálisis o
biotransformación es el proceso por el cual se produce la
conversión de un compuesto químico en otro,
mediante el uso de un catalizador de origen biológico o
biocatalizador, que puede ser una enzima o sistema
enzimático aislado, o bien el orgánulo,
célula o tejido completo en el que este sistema se
encuentra.

Debido a su origen biológico, las enzimas
actúan en medios acuosos, en condiciones suaves de
temperatura y pH, por lo que no requieren el uso de disolventes
orgánicos potencialmente peligrosos o contaminantes, ni
grandes aportes de energía necesarios para alcanzar
temperaturas elevadas.

En algunos casos, la producción de ciertos
compuestos por medio de tecnologías enzimáticas
puede llegar a minimizar el requerimiento energético hasta
un 60% y disminuir el gasto de agua hasta el 80%5. Por ejemplo,
la fabricación de poliésteres y polímeros
acrílicos utilizando procesos biocatalíticos
basados en la utilización de lipasas reducen la
temperatura de reacción de polimerización de 200
ºC a 60 ºC y se elimina el uso de disolventes
orgánicos. En cuanto a los residuos que se producen,
suelen ser en cantidades relativamente pequeñas y
además se trata de compuestos biodegradables que pueden
ser reciclados o vertidos sin tratamientos excesivos. La
utilización de enzimas, por tanto, puede decirse que es un
ejemplo de tecnología verde.

Las ventas de enzimas industriales en la actualidad
alcanzan los 2.000 millones de dólares americanos anuales,
con más de 500 productos para más de 50
aplicaciones principales6. Aproximadamente el 75% de estas
enzimas son lo que se denominan enzimas técnicas,
utilizadas en detergentes, industria textil, del procesado de
almidón y en la producción de alimentos y piensos.
Se trata principalmente de enzimas hidrolíticas como
proteasas, amilasas, lipasas y celulasas.

Existen otras enzimas "especializadas" que constituyen
un 10% del mercado cuyo uso se enmarca en el desarrollo de nuevos
fármacos, diagnóstico médico y otros usos
analíticos (ej. peroxidasas, esterasas, liasas y
oxidoreductasas). De todas las enzimas comercializadas el 60% son
producto de la Biotecnología moderna. Otras aplicaciones
que se están desarrollando son el uso de enzimas en
producción, degradación y biotransformación
de productos químicos, alimentos y piensos,
productos agrícolas y textiles7.

Sin embargo, a pesar de sus extraordinarias
posibilidades sintéticas, las enzimas en muchos casos
carecen de ciertas propiedades que resultan imprescindibles para
su uso a escala industrial, como son elevada actividad,
estabilidad en condiciones de reacción, ausencia de
inhibiciones por sustratos o por productos, etc. En otros casos,
como las enzimas que se usan para detergentes por ejemplo, se
necesitan en grandes cantidades, siendo necesario que su
obtención sea económica. Por estos motivos, se hace
imprescindible la utilización de las herramientas de
ingeniería genética para obtener enzimas que puedan
ser utilizadas industrialmente.

Las técnicas de ADN recombinante permiten
introducir en un organismo material genético procedente de
otros, de modo que es posible expresar determinadas enzimas en
microorganismos mediante cultivos celulares. Para obtener una
elevada producción de estas enzimas recombinantes es
necesario optimizar la expresión mediante un diseño
cuidadoso de los genes a transferir, utilizando promotores
fuertes y terminadores eficaces, así como otras secuencias
potenciadoras que aumenten la transcripción
(enhancers). Estas estrategias se llevan utilizando
varios años con éxito, existiendo ejemplos como la
primera enzima recombinante aprobada para detergentes, una lipasa
producida originalmente por el hongo filamentoso Humicola
lanuginosa del cual se aisló el gen y se
transfirió a Aspergillus oryzae.

Otras técnicas de la ingeniería
genética como la mutagénesis dirigida o el
DNA shuffling (o barajeo de genes), han permitido
obtener enzimas hasta mil veces más estables que la enzima
de partida, para determinados procesos industriales en
condiciones experimentales definidas.

En la actualidad se está llevando a cabo una
nueva revolución en el desarrollo de enzimas, que es la
Evolución Dirigida. La Evolución Dirigida
constituye una herramienta de la ingeniería de
proteínas que consiste en la recreación en
laboratorio del proceso natural de evolución mediante la
inducción de mutación y/o recombinación
genética, de modo que se genere variabilidad. Una vez que
esto ocurre se seleccionan aquellas enzimas que resultan
más adecuadas y vuelven a someterse a un nuevo ciclo de
"evolución". El proceso se repite tantas veces como sea
necesario, hasta que finalmente se obtienen las
características deseadas. Mediante esta metodología
se pueden diseñar funciones enzimáticas nuevas que
no habían sido requeridas en ambientes naturales, lo que
permite obtener una gama de enzimas que hasta ahora no se
conocían.

Las principales contribuciones de la ingeniería
genética a la innovación en este campo son la
reducción de los costes de fabricación, mediante el
incremento en la expresión, y el desarrollo de nuevas
enzimas, así como la mejora de sus propiedades.

Por último, es necesario señalar el papel
fundamental que tiene el descubrimiento de nuevas enzimas de
organismos no cultivables. Es conocido que la gran mayoría
de los microorganismos no son cultivables y muchos de ellos
crecen poco, por lo que se hace necesario el desarrollo de
técnicas que permitan el aislamiento de nuevas enzimas
procedentes de estos organismos sin necesidad de cultivarlos.
Posee gran interés el aislamiento de enzimas procedentes
de microorganismos de ambientes extremos de pH, temperatura,
etc., capaces de actuar en estas condiciones, que serán
fácilmente incorporables a procesos
industriales.

Tecnologías pertenecientes a la tendencia
tecnológica I

• T1: Descubrimiento y desarrollo de nuevas enzimas
con múltiples aplicaciones.

• T2: Aislamiento, selección y mejora de
cepas microbianas para biotransformación y
bioproducciónexplotación de la variabilidad
natural.

• T3: Nuevos desarrollos tecnológicos para
la inmovilización de enzimas y microorganismos.

• T4: Mejoras tecnológicas en la
producción, purificación y estabilización de
enzimas de uso industrial.

• T5: Automatización en el descubrimiento,
desarrollo y screening de actividad de nuevas enzimas
y/o microorganismos.

• T6: Desarrollo de técnicas que permitan
utilizar enzimas en medios no acuosos.

• T7: Nuevos procesos enzimáticos,
microbianos o microbiológicos para
biotransformación y producción de compuestos
químicos, compuestos quirales y
polímeros.

• T8: Biocatálisis para la producción
de productos farmacéuticos.

3.2. Tendencia tecnológica II

Bioproducción

Los organismos vivos, ya sean hongos, levaduras, algas,
plantas o incluso animales pueden dirigirse y especializarse a la
producción de proteínas o metabolitos concretos que
tienen aplicaciones en amplios sectores industriales. Las fuentes
tradicionales de materias primas para la producción en
sectores químico-industriales y energéticos
provienen por lo general de la petroquímica, así
muchos de los materiales y combustibles que hoy en día
utilizamos, y sin los que no podríamos entender las
sociedades modernas, provienen del petróleo y sus
derivados. De cara al futuro, la producción de
materiales y combustibles podrá realizarse a través
de materias primas biológicas, bien mediante
producción al aire libre (ej. Cultivos y plantas); en
grandes fermentadores (ej. microorganismos); o en condiciones de
confinamiento (ej. insectos y animales).

Así por ejemplo, el precio y la limitada
disponibilidad de materias primas petroquímicas, junto con
la necesidad de desarrollar materiales respetuosos con el medio
ambiente que sean capaces de suplir nuevas necesidades, han
llevado al desarrollo de nuevos materiales poliméricos a
partir de materias primas renovables, con propiedades novedosas.
Entre estas propiedades se pueden mencionar el desarrollo de
materiales que permitan liberación controlada de
medicamentos, nutrientes o aromas, órganos híbridos
artificiales, envases inteligentes, recubrimientos
antiensuciamiento, superficies que permitan la
inmovilización de enzimas o receptores, superficies
autolimpiables, etc.

Existen distintos ejemplos de polímeros
fabricados a partir de materias primas renovables como el
almidón o el ácido láctico.

El ácido poliláctico (PLA) es un
biopoliéster alifático producido a partir de
monómeros de ácido láctico, que se obtienen
a partir de la fermentación de azúcares de
maíz, remolacha, caña de azúcar, etc. Es uno
de los polímeros con mayor potencial en la
producción a gran escala de materiales para envases
basados en fuentes renovables. Presenta buenas propiedades
mecánicas, de apariencia y biodegradabilidad, pero
aún necesita ser mejorado.

Otro ejemplo es el desarrollo de una familia de
polímeros fabricada a partir de 1,3-propanediol (PDO).
Este compuesto se obtiene mediante un proceso de
fermentación de azúcares procedentes del
maíz como materia prima, que permitirá reemplazar
las materias primas petroquímicas en la producción
de estos polímeros. En este caso no se trata de un
polímero biodegradable, aunque se está
desarrollando un polímero similar biodegradable para
aplicaciones en productos que requieran esta propiedad, como es
el caso de films para empaquetar, etc.

Por último es importante introducir en este
capítulo el término de Biorrefinería,
que hace referencia a la conversión de biomasa (cultivos
agrícolas) en una fuente de energía y de compuestos
químicos de alto valor y que, en contraposición con
las refinerías petroquímicas tradicionales, genera
pocos residuos y tiene bajos niveles de emisiones. Las
biorrefinerías disponen de tecnologías
biológicas, químicas y físicas para
el fraccionamiento de la biomasa, obteniendo al final del
sistema de proceso, materiales útiles para infinidad de
sectores: construcción, automoción, químico,
textil, envasado… y muchos otros. En este sentido, la
Plataforma Tecnológica Europea para la Química
Sostenible ha publicado recientemente un informe donde se
prevé que en el año 2025 el 30% de la materia prima
que utiliza la industria química provendrá de
fuentes renovables.

Si a lo largo de las próximas décadas se
implanta con éxito en Europa el concepto de las
biorrefinerías, podríamos asistir a un nuevo modelo
de explotación para la agricultura europea, en donde
cultivos seleccionados o modificados genéticamente
suministrarán materia prima a biorrefinerías
locales, del mismo modo que en el siglo XIX y parte del XX los
productores agrícolas suministraban materia prima a la
industria transformadora agroalimentaria local —al fin y al
cabo, hoy en día, la producción agrícola en
muchas ocasiones está deslocalizada de las zonas de
transformación alimentaria. De ser cierto este escenario,
la ubicación de biorrefinerías generará
enormes oportunidades a las regiones y/o CC.AA. que favorezcan su
implantación, ya que todo el valor añadido de la
producción y la transformación se quedará en
una misma localidad.

Tecnologías pertenecientes a la tendencia
tecnológica II

• T9: Ingeniería metabólica:
aplicación de la biología de sistemas para la
modelización y producción de metabolitos
concretos.

• T10: Desarrollo de nuevos procesos de
producción de polímeros por medio de procesos
químicos tradicionales a partir de materias primas
renovables (ej. glucosa).

• T11: Producción eficiente y rentable de
plásticos y materiales biodegradables en microorganismos
y/o plantas (ej. ácido poliláctico).

• T12: Desarrollo de métodos
biotecnológicos para producir materiales de
recubrimiento.

• T13: Desarrollo de tecnologías de
producción de nanofibras de base biológica para
aplicaciones en materiales, fibras textiles y otros.

• T14: Identificación, aislamiento,
purificación y expresión de enzimas industriales
por tecnologías de alto rendimiento.

3.3. Tendencia tecnológica III

Genómica

Las investigaciones tradicionales en Biología
Molecular, que permiten conocer los procesos de la vida a nivel
molecular, han ido avanzando de manera significativa, hasta el
punto de que hoy en día se puede estudiar de forma
conjunta la dotación genética de un organismo, su
evolución y su interacción con el medio ambiente.
La Genómica permite estos estudios holísticos, que
aplicados a la Biotecnología industrial o
energética nos acerca a comprender los mecanismos
moleculares responsables de la transformación o la
producción de cualquier producto de interés, y por
ende, a dirigir y optimizar dichos procesos industriales. Las
tendencias anteriormente descritas de Biotransformación y
Bioproducción dependerán en gran medida de los
desarrollos que la Genómica aporte en los próximos
años.

Bajo el nombre genérico de tecnologías
genómicas o de aplicación al estudio del genoma,
incluimos todas aquellas disciplinas que estudian los distintos
productos resultantes de la expresión de los genes, y que
pueden ayudar a definir el estatus bioquímico de la
célula u organismo de interés industrial o
energético. Estos productos incluyen todos los pasos
subsiguientes en la expresión génica como ARN,
proteínas y metabolitos. Así, a las
áreas científicas que estudian el conjunto de
dichos productos se les denomina Transcriptómica,
Proteómica y Metabolómica
respectivamente.

El conocimiento de la secuencia genética completa
y su representación en mapas genómicos es sin duda
el primer paso para comprender las funciones y los mecanismos de
actuación de genes con interés para su
explotación en sectores industriales y energéticos.
Así por ejemplo, se han secuenciado ya parcialmente los
genomas de bacterias responsables de:

• i) la producción de nuevas celulasas
  (enzimas) capaces de convertir la biomasa en azúcar
  como precursor del bioetanol;

• ii) la lixiviación del cobre para
  mejorar y optimizar la extracción biológica de
  este mineral;

• iii) procesos industriales de
  transformación en condiciones de temperatura o pH
  extremos.

A principios del siglo XXI el coste medio de
secuenciación de un genoma humano rondaba los 24 millones
de $, constituyendo el coste una barrera casi infranqueable para
aplicar genómica a la Biotecnología industrial y
energética. Sin embargo, hoy en día, en el
año 2006, existe tecnología que puede permitir una
reducción considerable de este coste por debajo del
millón de $ o incluso algunas previsiones sitúan el
coste de secuenciación de un genoma completo en 1.000$
para el año 2010, aunque estas previsiones se antojan
optimistas. En cualquier caso, todos estos desarrollos para salud
humana conseguirán disminuir considerablemente los costes
de secuenciación de genomas bacterianos de interés
industrial y energético.

Las grandes aplicaciones que se están viendo
favorecidas por el desarrollo de la Genómica y el
abaratamiento de la secuenciación de genomas son la
Biología de Sistemas y la Biología
Sintética.

La Biología de Sistemas busca la
integración de diferentes niveles de información
con el objetivo de comprender cómo funcionan los sistemas
biológicos, a diferencia de la ciencia tradicional, que
tan solo se centra en sus componentes moleculares básicos.
Así por ejemplo existen diversas empresas que a
través de una extensa base de datos de diversos
microorganismos (E. coli, S. cerevisiae y A.
thaliana) han integrado los datos relativos a sus genomas,
proteomas y metabolomas, para obtener L-Metionina (suplemento
alimentario en piensos animales) mediante el diseño de
nuevas rutas biosintéticas.

La Biología Sintética consiste en la
generación de organismos nuevos, sintéticos, que
dispongan del número mínimo de genes para hacer las
funciones básicas, más aquellos que nos interesen
para producir o transformar productos industriales o
energéticos. El instituto de J. Craig Venter (líder
del proyecto privado de secuenciación del Genoma Humano)
trabaja en la actualidad en el diseño de bacterias
genéticamente programadas para degradar dióxido de
carbono y otras sustancias tóxicas para el medio ambiente,
así como para la producción de hidrógeno
como fuente de energía.

Tecnologías pertenecientes a la tendencia
tecnológica III

• T15: Secuenciación del genoma completo de
microorganismos de interés industrial.

• T16: Realización de mapas genéticos
de microorganismos de interés industrial.

• T17: Creación de bibliotecas
genómicas funcionales de microorganismos de interés
industrial.

• T18: Desarrollo de tecnologías que
permitan la evolución dirigida de enzimas, genes y
organismos (ej. molecular breeding y DNA
shuffling).

• T19: Establecimiento de librerías de
metagenomas microbianos para el desarrollo de nuevas enzimas y
metabolitos.

• T20: Biología sintética: cromosomas
artificiales que conforman microorganismos con aplicaciones
industriales y energéticas.

• T21: Sistemas de expresión y
purificación de proteínas que permitan el escalado
eficiente de la producción y ensayos funcionales de alto
rendimiento.

• T22: Sistemas de control de expresión de
múltiples genes para ingeniería metabólica y
producción de sistemas enzimáticos
complejos.

• T23: Nuevas herramientas de identificación
de funciones y bioactividad enzimática a partir de la
estructura tridimensional.

3.4. Tendencia tecnológica IV

Biocombustibles

No cabe duda de que una prioridad de la mayoría
de las economías europeas y norteamericana radica en la
disminución de la dependencia energética del
exterior y, en particular, del petróleo.

La utilización de biomasa como materia
prima para la obtención de energía ofrece
múltiples ventajas, principalmente debido a su bajo coste
y a su disponibilidad. Se estima que la producción mundial
de biomasa anual es aproximadamente 170 miles de millones de
toneladas, de las cuales tan solo un 7% se utiliza con fines
energéticos.

Actualmente la mayor parte de la biomasa que se usa para
producción de energía se consume por
combustión directa, pero es posible obtener gran
diversidad de productos que se adaptan a todos los campos de
utilización actual de los combustibles tradicionales,
incluyendo la producción de combustibles sólidos,
líquidos o gaseosos.

El pasado mes de diciembre de 2005 la Comisión
Europea presentó el Plan de Acción sobre la
Biomasa, en el que se establecen medidas para incrementar el uso
de la biomasa en tres sectores que son calefacción,
electricidad y transporte, junto con medidas transversales que se
refieren al suministro de biomasa, financiación e
investigación en materia de biomasa.

Dentro de este plan de medidas destacan aquellas
encaminadas a potenciar el uso de biocarburantes o
biocombustibles, incluyendo la utilización de subproductos
animales para la producción de biogás y
biodiesel.