Introducción a las algas

Hola, soy Stephen Mayfield, Profesor de Biología en la University of California en San Diego y Director del California Center for Algae Biotechnology. Hoy quiero hablar de las algas como organismos industriales. Y la he subtitulado: Bio-fabricación fotosintética. Entonces, ¿qué es la bio-fabricación fotosintética? ¿Qué significa eso? Bueno, comencemos con una definición bastante simple, la cual es: ¿qué es la bio–fabricación? Podemos definir eso como el uso de sistemas u organismos vivos para desarrollar y fabricar productos, productos útiles. En este caso, lo que estoy mostrando es una imagen de tanques de fermentación que están creciendo células de ovario de hámster chino (células CHO, N.T.). Esa es la célula de mamífero que las personas diseñaron para expresar anticuerpos monoclonales y, en este caso, esta es una imagen de las instalaciones de Genentech aquí en Oceanside, California. Pero también podrías reconocer que esos tanques se parecen a algo en los que se produce cerveza. Y nuevamente, producir cerveza es bio-fabricación. En ese caso, estamos tomando cebada y levadura y estamos usando la levadura, un organismo vivo, para fabricar un producto que queremos, a saber, cerveza. Entonces, eso es bio-fabricación. Bueno, ¿qué es la bio-fabricación fotosintética? Es agricultura. La agricultura también es bio-fabricación. Hemos modificado organismos vivos para producir un producto que queremos. En este caso, estoy mostrando una imagen, en la esquina superior izquierda, del trigo, que fue modificado durante siglos, seleccionado a lo largo de los siglos para que obtuviéramos un trigo de gran tamaño y el grano permaneciera en almacenamiento y muchas diferentes modificaciones genéticas para que produzca algo útil para nosotros. Bueno, y luego y lo que también he mostrado aquí, las vacas lecheras y, nuevamente, esas vacas lecheras han sido seleccionadas para producir leche durante un período prolongado de tiempo, y mucha leche. Esos son organismos que hemos seleccionado para fabricar algo que queremos. Lo que he mostrado en la esquina inferior es una imagen del sitio de Sapphire Energy que cultiva algas para biocombustibles, y nuevamente el objetivo de esta diapositiva es simplemente mostrar que las algas son agricultura. Sólo para darte una orientación, esa instalación tiene alrededor de una milla de largo por aproximadamente un tercio de milla de ancho y creo que puedes ver a esta escala que comienza a parecerse mucho a la agricultura industrial. Bien, eso es bio-fabricación, y la agricultura es fabricación y dijimos que es fabricación fotosintética, entonces, ¿qué es la bio-fabricación fotosintética? Es el uso de dióxido de carbono y luz solar para crear productos. Todas las plantas y algas realizan el mismo proceso, que es: Sol + CO2 en una planta = Producto. Y lo que tenemos es una pequeña caricatura que muestra una fresa. Todo eso ocurre dentro de un cloroplasto o tienes que ser una cianobacteria, eso ocurre dentro de la célula. La fotosíntesis tiene lugar allí y la fotosíntesis generalmente se puede dividir en dos reacciones importantes. La primera reacción es la captura de la luz solar, que tiene lugar en las membranas del tilacoide, en lo que se llaman: Fotosistema II y Fotosistema I, estos son complejos que absorben la luz, capturan la luz solar y esa energía se usa para dividir el agua y eso produce protones y oxígeno, y luego esos protones son usados para producir ATP o potencial reductor. Entonces ese ATP, esa energía en ese potencial reductor, en algo llamado las reacciones oscuras, que tiene lugar en la porción soluble del cloroplasto, que fija el CO2. Entonces ¿Qué significa eso? Eso significa que tomamos CO2, y luego le agregamos potencial reductor y usamos algo de energía para producir azúcares primarios, y esos azúcares primarios se usan para producir carbohidratos, lípidos y proteínas. Muy bien, entonces la fotosíntesis, hacer un producto es bio-fabricación fotosintética. ¿Qué tan importante es esto? Bueno, es el 100% de nuestros alimentos y el 85% del combustible que consumimos cada año son productos de la fotosíntesis. Provienen de la bio-fabricación fotosintética. Aquí esta es una imagen de maíz y claramente lo reconocerás como fotosíntesis y la producción de alimentos. Lo que mucha gente no aprecia es ese combustible, todo el combustible fósil que quemamos hoy, así que ese es el 85% de la energía que consumimos en este planeta, que también proviene del proceso de la fotosíntesis. En este caso, lo que he mostrado aquí es simplemente una pequeña caricatura que muestra que hace millones de años, en realidad hace cientos de millones de años, las algas en el océano capturaron CO2 utilizando la energía de la luz solar, produjeron carbohidratos, proteínas y lípidos, se hundieron en el fondo del mar, las proteínas y los carbohidratos fueron consumidos por microorganismos, los lípidos que quedaron durante millones de años bajo altas temperaturas y alta presión se convirtieron en petróleo crudo, se convirtió en combustible fósil. Entonces, el petróleo es simplemente algas fósiles, y el carbón son plantas fósiles. Ambos son simplemente bio-fabricación fotosintética fosilizada. Lo que vamos a considerar ahora en adelante es cómo hacemos bio-fabricación fotosintética en tiempo real para hacer esos mismos productos. Entonces, ¿por qué algas? Bueno, las algas son una nueva plataforma. En este momento reconocerás que la bio-fabricación fotosintética es toda la comida que producimos. Eso se genera principalmente en cultivos terrestres, maíz, trigo, arroz, etc. Pero el pequeño motor que impulsa eso, que es la fotosíntesis, que también funciona en las algas y, en el caso de las algas, en realidad funciona mucho más eficientemente que en los cultivos terrestres. Nuestros insumos serán dióxido de carbono, luz solar, agua y algunos nutrientes, fertilizantes. Las algas son el motor de conversión y lo que va a salir del otro lado son todos los productos que puedas imaginar. Esos podrían ser combustibles, podrían ser alimento para animales, podrían ser plásticos, podrían ser productos farmacéuticos, y hablaremos de todos ellos a medida que avance esta clase. También hay una relación entre el tamaño del producto que queremos hacer, no el tamaño físico del producto, sino el volumen de ese producto que se va a consumir y el costo. Y hay una relación inversa a eso. Eso significa que cuanto mayor sea el volumen, menor será el costo. Los combustibles son, con mucho, el producto más grande en este planeta, ¿verdad? Quemamos alrededor de 1.2 billones de galones de petróleo cada año. Billones, con una ‘B’ (en español, N.T.), y ese es un volumen enorme, pero también lo vendemos a un costo muy bajo. Aunque pensamos que el combustible es costoso, tal vez cuando vayamos a la estación de gasolina, recuerda que US$ 3 / galón todavía es sólo alrededor de 40 ¢ por libra. En el otro extremo del espectro hay productos de muy bajo volumen, pero de muy alto costo, y en este caso, estamos mostrando un anticuerpo monoclonal. Esas son proteínas terapéuticas, pueden venderse por millones de dólares por kilogramo. Pero el volumen de esos es muy pequeño. Y la bio-fabricación recorrerá toda la gama del espectro. Sólo para mostrarte algunas cosas que son hoy en día. Esto no es lo que haremos en el futuro. En el caso de las algas, hoy es al menos un mercado de US$ 12 mil millones, tal vez un mercado tan alto como US$ 14 o US$ 15 mil millones. La mayoría de los productos que fabricamos con algas hoy en día son Nutracéuticos de alto valor pero de bajo volumen. Incluyendo cosas como Spirulina y Chlorella. Spirulina es una cianobacteria, Chlorella es un alga verde. Los producimos y los vendemos como Nutracéuticos, puedes reconocerlos si vas a la tienda en una “Máquina Verde” o alguna de las otras bebidas saludables que se venden. También producimos muchos pigmentos de estas cosas. La astaxantina es un antioxidante de color rojo brillante que se usa en muchas cosas diferentes, incluidos alimentos y cosméticos, el betacaroteno, otro antioxidante rico, que es un rico antioxidante. Y luego también fabricamos por fermentación, pero en una alga uno de los ácidos grasos omega 3 realmente importantes, DHA (en inglés por: Ácido docosahexaenoico, N.T.), y que en realidad ese sólo se vende por alrededor de US$ 400 millones al año. Estos son productos que son reales, los estamos produciendo ahora, y creo que en el futuro verás muchos más productos en línea a partir de las algas, a medida que aprendamos a diseñarlas, a medida que aprendamos a cultivarlas, a medida que aprendamos todos los procesos para domesticar las algas para que sea mucho más de un organismo industrial.