Transformar lo que normalmente se desecha -cáscaras de frutas, restos de poda, residuos del hogar- en productos útiles y sostenibles es uno de los puntos destacados en la cada vez más consolidada estrategia científica internacional que busca revalorizar residuos agroindustriales y urbanos mediante procesos biotecnológicos sostenibles. Universidades, centros de investigación e institutos biotecnológicos centran esfuerzos en diseñar microorganismos capaces de convertir desechos en productos útiles, desde bioplásticos hasta suplementos nutricionales.
En este contexto, el GIR Ingeniería Metabólica de la Universidad de Salamanca ha logrado avances significativos en la ingeniería genética del hongo filamentoso Ashbya gossypii con el objetivo de “aprovechar su capacidad metabólica única para convertir residuos orgánicos en productos de alto valor añadido, tales como suplementos nutricionales, compuestos bioactivos y precursores industriales”, explica a Comunicación USAL el director del GIR, Rubén Martínez.
Además, mediante la modificación genética de A. gossypii “hemos conseguido convertir desechos agrícolas y domésticos, como el aceite de cocina que habitualmente utilizamos en los hogares, en aromas naturales y vitaminas esenciales, contribuyendo al cuidado del medio ambiente y al impulso de la economía circular”, subraya, por su parte, Alberto Jiménez, catedrático del Área de Genética y miembro también del Grupo de Investigación Reconocido de la USAL.
Los prometedores resultados, financiados con proyectos del Ministerio de Ciencia e Innovación, representan un significativo avance en la transformación de residuos agrícolas y domésticos en productos útiles para la salud y la industria y han sido recientemente publicados en el marco de dos trabajos distintos por las revistas científicas ‘Fungal Biology and Biotechnology’ y ‘New Biotechnology’.
Modelo biotecnológico y bioprocesos circulares sostenibles
A. gossypii, conocido por su uso tradicional en la producción de riboflavina (vitamina B2), está siendo modificado por los biotecnólogos de la Universidad de Salamanca para expandir su repertorio metabólico a través de nuevas rutas biosintéticas diseñadas al detalle, capaces de degradar residuos lignocelulósicos derivados de la agricultura y residuos domésticos orgánicos.
Para ello, desde el Laboratorio 323 del Edificio Departamental, ubicado en el Campus Unamuno, los científicos del GIR manipulan el metabolismo del hongo mediante ingeniería genética y edición genómica (CRISPR/Cas9) con el objetivo principal de redirigir el organismo hacia la producción de metabolitos o sustancias de interés para las industrias farmacéutica, alimentaria y cosmética, entre otras.
En palabras del catedrático, este hongo es “un modelo biotecnológico excepcional: crece rápido, es fácil de modificar genéticamente y ya sabemos que se ha revelado como un súper productor natural de vitamina B2, interesantísimo para su producción industrial”.
No obstante, la relevancia principal de los artículos “no es solo la producción de los compuestos por este hongo, sino el empleo de residuos de sustratos de muy bajo coste para la fermentación microbiana, para el crecimiento de A. gossypii”. Un aspecto muy evidente con las nuevas modificaciones propuestas desde la USAL que optimizan al microorganismo como agente transformador de residuos y lo perfilan como una plataforma ideal para bioprocesos circulares, sostenibles y escalables.
Ingeniería genética para la producción de sabineno y limoneno
En el primer estudio, titulado ‘Ashbya gossypii as a versatile platform to produce sabinene from agro‑industrial wastes’ y publicado en Fungal Biology and Biotechnology en octubre de 2024, los investigadores del GIR modificaron el hongo para que produjera sustancias como sabineno, limoneno, pineno y linalool, que son compuestos aromáticos usados en perfumes, ambientadores y productos cosméticos (olor a limón o pino).
Mediante técnicas avanzadas de ingeniería genética, reprogramaron la ruta metabólica y maquinaria genética del hongo empleando genes de especies vegetales y realizando cambios precisos en su ADN que facilitan la producción de los compuestos buscados.
En este caso, modificando a Ashbya gossypii para que, en lugar de su función natural de producir vitamina B2, fabricase sabineno o limoneno, un compuesto natural y componente principal de los aceites esenciales de los cítricos con múltiples aplicaciones industriales en el sector farmacéutico y cosmético, por sus propiedades antioxidantes y antiinflamatorias que lo hacen valioso en productos de salud y bienestar.
El trabajo “tiene un componente de manipulación genética muy profundo, tenemos que integrar genes de plantas y trasladar rutas biosintéticas de plantas en el hongo para aportarle esta nueva actividad, tenemos que modificar esas enzimas para que funcionen de manera óptima en A. gossypii”, subraya al respecto Rubén Martínez.
Una vez que las cepas modificadas genéticamente han sido desarrolladas, comienza el proceso de cultivo del hongo con los residuos agrícolas propuestos, “mazorcas de maíz y/o melazas procedentes de la caña de azúcar o la remolacha, desechos que normalmente o bien se entierran o incineran”.
El análisis final mostró el éxito del estudio, cuya primera autora es la investigadora Gloria Muñoz, en la producción eficiente y sostenible del compuesto, “podemos decir que obtenemos niveles de producción comparables con otras factorías microbianas, con otros microorganismos situados en el top de la producción de compuestos a nivel microbiológico”, resuelve el director del grupo de investigación.
Aceite de cocina usado para producir vitamina B2 y ácido fólico
El otro trabajo, que acaba de ser recogido en New Biotechnology bajo el título Valorization of waste cooking oil for bioproduction of industrially-relevant metabolites in Ashbya gossypii y cuenta con el investigador del GIR Javier Martín como primer autor, revisa el empleo de cepas desarrolladas previamente en el laboratorio de la USAL para producir altos niveles de vitamina B2, B9 y aceites microbianos.
En él, el equipo de investigación exploró cómo este hongo puede alimentarse de aceite de cocina usado para producir vitaminas del grupo B, como la B2 (riboflavina) y la B9 (ácido fólico), fundamentales para una buena salud, así como ácidos grasos beneficiosos. Compuestos utilizados habitualmente en suplementos alimentarios como piensos para animales y productos enriquecidos por sus propiedades beneficiosas para la salud, tanto humana como animal.
Nuevamente, lo que hace especial a la iniciativa es que “no solo estamos produciendo un compuesto natural de alto valor, sino que lo hacemos reutilizando residuos. El hongo actúa como una biofábrica, convirtiendo basura orgánica en una sustancia de gran valor. Es una triple solución: ambiental, de salud y económica”, argumentan.
Sin olvidar, por otra parte, que este logro destaca la versatilidad de Ashbya gossypii como una "factoría microbiana" capaz de aprovechar residuos agroindustriales para producir compuestos de alto valor añadido y subraya la importancia de herramientas de edición genética avanzadas, como CRISPR/Cas9, en la creación de microorganismos diseñados para procesos industriales sostenibles.
En el caso de este trabajo los investigadores aclaran que se trata del primer proyecto que realizan con este hongo empleando este residuo “para el que hemos evaluado si puede crecer y producir todos esos metabolitos de interés industrial y biotecnológico”. Así, han demostrado que puede producir altos niveles de los compuestos a la vez que “aporta valor a un residuo que todos generamos, el aceite de cocina, que es un desecho que daña de manera importante al medioambiente y que puede suponer un riesgo para la salud”.
Bioeconomía y transición ecológica
Ambos trabajos, además de poner de manifiesto la importancia de las herramientas de edición genética avanzadas en la creación de microorganismos diseñados para procesos industriales sostenibles, tienen como denominador común la utilización de diversos residuos agro-industriales como medio de cultivo del hongo.
La relevancia de los estudios del GIR se amplifica en cuanto a que a la producción microbiológica de sustancias de alto valor añadido se le une la valorización de materia desechada, residuos o coproductos de muy bajo valor. Uno de nuestros intereses investigadores es “producir compuestos de interés biotecnológico como vitaminas o algunas grasas especializadas a partir de desechos domésticos o agroindustriales”, resumen.
Un aspecto que deja entrever cómo “el contexto de los dos proyectos es directamente la bioeconomía, la economía circular, la transición ecológica. Intentamos producir ahora de forma más rápida y conveniente lo que antes obteníamos de una manera más perjudicial para el medioambiente y más cotosa económicamente”.
En el caso del aceite de cocina usado, la iniciativa de la Universidad de Salamanca aporta una muy interesante alternativa para la utilización de un residuo altamente contaminante. Y de otra mano, los desarrollos biotecnológicos propuestos también representan una solución económica para áreas rurales, al permitir el aprovechamiento local de residuos agroindustriales para la producción descentralizada de compuestos útiles.
Un aspecto que resulta de especial interés para regiones agrícolas como Castilla y León, donde se generan grandes cantidades de este tipo de residuos. Revalorizar estos subproductos “no solo ayuda al medio ambiente, sino que también ofrece nuevas oportunidades económicas y de desarrollo regional en estas zonas”.
En definitiva, estos nuevos avances presentados muestran cómo la ciencia puede transformar problemas en soluciones y cómo lo que antes se tiraba ahora se convierte en un impulso para el desarrollo social alineándose con los principios de la economía circular. El trabajo del GIR Ingeniería Metabólica abre nuevas posibilidades para la valorización de desechos de forma respetuosa con el medio ambiente, “en lugar de incinerar o enterrar toneladas de restos agrícolas y domésticos, demostramos cómo estos pueden convertirse en ingredientes para productos que usamos a diario”, concluyen.
GIR Ingeniería Metabólica
El GIR Ingeniería Metabólica fue creado por el fallecido y reconocido catedrático de la Universidad de Salamanca José Luis Revuelta a mediados de los años 90, con el interés principal en el desarrollo de cepas microbianas superproductoras de riboflavina (vitamina B2).
En los últimos 20 años el GIR se ha diversificado en varias líneas de investigación del hongo Ashbya gossypii, entre las que destacan el desarrollo de herramientas moleculares para su manipulación genética; la expansión de los bioproductos derivados del hongo más allá de la vitamina B2: saborizantes, aceites microbianos, vitamina B9, aromas, biocombustibles; y el aprovechamiento de residuos agro-industriales para el crecimiento del microorganismo.
El equipo de investigadores trabaja actualmente en colaboración con empresas del sector agrícola y farmacéutico para escalar la biotecnología que desarrolla a nivel industrial. Especialmente, mantienen colaboración con la multinacional BASF, que emplea a A. gossypii en la producción industrial de la vitamina B2, así como con Porsiete (Salamanca) y AB Azucarera encargados de proporcionar los residuos orgánicos de aceites usados y melazas empleados para su actividad de investigación.
