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El catedrático de Microbiología de la Universidad Pública de Navarra, Gerardo Pisabarro De Lucas, coordinará uno de los proyectos del Joint Genome Institute, de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE UU, relacionados con la producción de biocombustible. El Grupo de genética y Microbiología dirigido por la catedrática Lucía Ramírez comparará la expresión de los genomas de 12 hongos para conocer qué estrategias utilizan estos organismos a la hora de degradar la lignina, un componente de los árboles y otras plantas cuya degradación es necesaria para que la celulosa se transforme en biocombustible.
En los últimos años, la búsqueda de alternativa a los combustibles fósiles se ha centrado en la producción de biocombustibles. El denominado alcohol de primera generación, obtenido a partir de patata, maíz o cereal, ha dejado paso a los combustibles de segunda generación, donde se busca obtener el alcohol a partir de la madera o restos similares como la paja.
“Esto es más difícil —explica Gerardo Pisabarro—, porque las plantas han desarrollado una serie de mecanismos para proteger la celulosa de la madera de los insectos y de los microorganismos, con lo que el primer paso que hay que dar es eliminar esa protección”. Frente a los tratamientos termoquímicos tradicionales, que consumen energía y son contaminantes, la alternativa actual son los tratamientos biológicos. Es ahí donde entran en juego los hongos que degradan la madera al destruir la lignina, una especie de funda de plástico que protege la celulosa.
La lignina tiene una composición química de muy difícil degradación, similar a la de algunos contaminantes que el hombre libera al medio ambiente, como determinados colorantes o aceites y subproductos de la industria de la madera y de la de la pasta y pulpa de papel. “El hongo es un ser vivo que produce enzimas, herramientas para degradar la madera. El objetivo es utilizar estas setas y hongos, y las enzimas que producen, de manera controlada, de modo que podamos utilizar la celulosa para obtener azúcar y producir el alcohol”, señala.
Tres años para completar el proyecto
En paralelo con las investigaciones que el JGI desarrolla para secuenciar 30 genomas más de hongos degradadores de madera -y en los que también participan los investigadores de este grupo de la UPNA-, el proyecto que coordina Gerardo Pisabarro se centra en una docena de hongos y tiene un objetivo muy concreto: “Nosotros sabemos qué genes hay en cada hongo, pero no sabemos cómo los utilizan. Nos hemos preguntado cómo los diferentes hongos emplean las armas que tienen para degradar la madera y lo queremos hacer de una manera comparada; es decir, someter los hongos a las mismas condiciones, para ver qué genes se están expresando según la situación en que se encuentren. Esto nos permitirá conocer qué estrategias realmente emplean los diferentes hongos para degradar la madera”.
Esta técnica se conoce como transcriptómica comparada y permite cuantificar y comparar el nivel de expresión de los genes de un organismo. El proyecto tiene una duración de tres años y contará con la colaboración de investigadores de varios países, si bien el número de universidades y centros de investigación implicados variará en función de las diferentes fases del trabajo.
El profesor Pisabarro hace hincapié en la importancia de la transcriptómica, en cuanto que es un paso más para llegar a conocer cómo funcionan nuestras células. “Nosotros tenemos en nuestras células el mismo material genético, pero no todos los genes se expresan o manifiestan a la vez; los genes que se estaban expresando cuando eras un embrión son distintos de los que se expresan ahora; los que se manifiestan en el pulmón son diferentes a los del hígado, etc. Podemos saber mucho mejor cómo funciona un órgano si sabemos qué genes se están expresando; y, del mismo modo, podemos identificar mejor un tumor si sabemos qué genes se están manifestando ahí y los comparamos con los genes de la célula que está al lado pero que está sana”.
Todos los seres vivos, desde el hongo hasta el ser humano, funcionamos del mismo modo, por lo que “aparte de poder obtener conclusiones sobre cómo actúan los hongos para degradar la madera, también obtendremos información del funcionamiento de las células para aplicación en otros campos. Es lo que se conoce como biología de sistemas: entender cómo funciona la célula en conjunto”.
Manejar gran volumen de información
La aplicación más inmediata del proyecto será conocer el proceso de degradación de la madera y, a partir de ahí, desarrollar bioprocesos más eficientes que permitan una aplicación industrial para producir alcohol de modo menos contaminante y más ecológico.
Además, debido al volumen de datos que tendrá que manejarse, el proyecto es también un reto tecnológico en el ámbito de la bioinformática. “Cada uno de los hongos tiene unos 10.000 genes -explica el coordinador del proyecto-, pero no vamos a comparar un gen en cada uno de los doce hongos sino que vamos a comparar los diez mil. Si comparas 10.000 con 10.000 ya tienes 100 millones de comparaciones, pero si a eso le añades otros diez mil, y otros diez mil, hasta los doce hongos, el volumen de información que entrecruzas en enorme y manejar todos esos datos tiene su complejidad”.
El grupo de investigación de Genética y Microbiología de la UPNA dispone de equipos y personal cualificado para iniciar el trabajo y “el campo de la bioinformática evoluciona tan deprisa que, seguramente, cuando lleguemos a tener que trabajar con todo el volumen de datos no será un problema”.
Secuenciar el genoma
Los investigadores de la UPNA participarán también en el proyecto del JGI para secuenciar 30 genomas más, de modo que se abarquen prácticamente todas las ramas posibles de hongos cuya característica común es que degradan la madera.
El equipo del profesor Pisabarro ya lideró el proyecto de secuenciación del genoma de la seta ostra. Este hongo contiene 70 millones de “letras” o bases, repartidos en dos copias equivalentes, ya que esta seta, al igual que el ser humano, tiene dos copias equivalentes de cada cromosoma. El proyecto de secuenciación del genoma completo supuso manejar un volumen de 280 millones de letras, puesto que hubo que leer varias veces cada uno de los dos juegos de genes para asegurar un buen resultado. Para ello, el equipo de bioinformática y el de análisis de la expresión del grupo de la UPNA han debido desarrollar y aplicar las últimas herramientas de análisis disponibles en sus respectivos campos de trabajo.
Para entender qué supone todo esto, Pisabarro recurre al siguiente ejemplo: “70 millones de letras equivaldrían a más de 11.500 páginas de texto. Si estas páginas fueran folios, puestas en fila ocuparían más de 3,5 kilómetros, y las letras, escritas en una sola fila, ocuparían una distancia de 141 kilómetros”.
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