Resumen de Mejora de trigo y triticale para la producción de bioetanol lignocelulósico usando herramientas clásicas y moleculares
1. introducción o motivación de la tesis La impronta del ser humano sobre el medio ambiente es hoy una realidad. El problema medioambiental que se cierne sobre la globalidad del planeta se ha visto acelerado por la masiva emisión de gases de efecto invernadero que produce la quema de combustibles fósiles para la obtención de energía. Por otro lado, está la demanda de energía, que se ve incrementada año a año por el constante aumento de la población mundial. Además, a estas tensiones sobre la demanda de energía hay que sumar la escasez de petróleo que se prevé en el corto-medio plazo, pues como sabemos, se trata de una fuente de energía no renovable.
Las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero (GEI) han aumentado de tal forma, que han alterado el equilibrio natural y calentando de media el planeta en unos 0.8ºC en los últimos 140 años. Este calentamiento es conocido como calentamiento global, y se ha visto acelerado por las emisiones antropogénicas de GEI, siendo 10 veces más veloz que en el cambio climático natural más rápido conocido, al final de la edad de hielo (1).
Además de los problemas medioambientales a los que nos enfrentamos, y debido a la superpoblación e industrialización de países emergentes (2,3), acecha en el horizonte un gran problema de desabastecimiento y distribución de energía. En el documento “World Energy Outlook, 2010” (4) que publica anualmente la Agencia Internacional de la Energía, fue situado en 2006 un cambio de tendencia en la extracción de petróleo a partir de los yacimientos conocidos (fig. 2), este cambio de tendencia es conocido como “peak oil” y fue descrito por primera vez en 1949 por el geofísico Marion King Hubbert (5,6).
Las políticas para aumentar la proporción de energía usada que provenga de fuentes renovables están en auge. Actualmente en la unión europea se fija para 2030 el objetivo de reducción de gases de efecto invernadero de al menos el 40% respecto a los niveles de 1990. (https://ec.europa.eu/clima/policies/strategies/2030_es).
Para reemplazar los combustibles líquidos derivados del petróleo con una alternativa más neutra en cuanto a emisiones de gases de efecto invernadero, se han abordado distintas soluciones entre las que destaca el biocombustible líquido a partir de biomasa, donde el carbono liberado en la combustión se compensa con el que se fijó en la planta a través del proceso fotosintético. De ahí que exista un renovado interés en la producción y uso de combustibles a partir de las plantas cultivadas (7). Pero a pesar de ser una muy buena opción, su uso supone destinar alimentos para la obtención de etanol. Esto provoca que los precios de los alimentos se encarezcan, creando un grave problema de abastecimiento y seguridad alimentaria en las poblaciones más desfavorecidas.
El uso de los biocombustibles genera un intenso debate por su efecto en los precios de los alimentos, por su posible papel en la mitigación del cambio climático, así como en el desarrollo agrícola. Estos temas de debate fueron tratados en la Conferencia de Alto Nivel sobre Seguridad Alimentaria Mundial: “Los Desafíos del Cambio Climático y la Bioenergía'', donde se evaluó detalladamente la perspectiva futura, riesgos y oportunidades que podrían generar los biocombustibles, y que quedó como tema central del informe de la FAO de 2008 acerca de “El estado mundial de la agricultura y la alimentación''.
La introducción del biocombustible de segunda generación, como aquellos que usan biomasa lignocelulósica para la producción de bioetanol, abre una posibilidad a la producción de un carburante menos contaminante que el petróleo, sin entrar en competencia directa por el alimento. La biomasa lignocelulósica para la producción de bioetanol proviene principalmente de residuos agrícolas como restos de poda, rastrojos, restos de madera, paja de maíz, trigo o arroz, bagazo (residuos de la caña de azúcar y el sorgo), etc. Esta biomasa es el principal componente de la pared celular de las plantas y está compuesta principalmente por la pared celular secundaria de las pantas, que encierra una matriz de polisacáridos (70-75%) potencialmente convertibles en bioetanol (8), que, por sus características químicas y estructurales, dan lugar a una estructura extremadamente resistente a la digestión enzimática necesaria que se pretende hacer para liberar los azúcares atrapados en ella. Tan recalcitrante es esta estructura, que la bioconversión en etanol de esta materia prima hace que el proceso actualmente sea inviable económicamente (9).
El principal objetivo pues, es que el proceso de producción de bioetanol llegue a ser económicamente viable, y para conseguirlo podemos hacerlo a través de una digestión más eficiente, que se podría conseguir mediante enzimas más eficaces, biomasa menos recalcitrante y más fácilmente accesible a las enzimas, o ambas.
2.contenido de la investigación Hemos afrontado este reto a través de una búsqueda de materiales lignocelulósicos más fácilmente accesibles a las enzimas hidrolíticas.
Para llevarlo a cabo se han usado herramientas de mejora clásicas y moleculares. Una colección de sesenta y seis genotipos de trigo, triticale y cebada se han caracterizado fenotípicamente a lo largo de su desarrollo.
Finalmente, se hizo una selección de genes involucrados en la síntesis de componentes de pared y se silenciaron mediante micros-ARN (miARN) en Brachypodium distachyon.
3.conclusión Varios parentales provenientes de poblaciones de mapeo mostraron diferencias contrastantes para el grado de sacarificación. Los genotipos mostraron gran variabilidad para el factor sacarificación, que estuvo correlacionado negativamente con el contenido de lignina en la pared celular.
Además, los resultados mostraron que éste y otros factores podrían ser evaluados con cierta precisión usando el tratamiento de imágenes con plataformas aéreas no tripuladas (UAV – unmanned aerial vehicle), antes de ser recolectadas, de forma rápida y no destructiva.
Las plantas transgénicas mostraron alteraciones en las células de pared del tallo, dando lugar a un mayor potencial de sacarificación y alteraciones en los principales componentes de la pared celular.
4. bibliografía 1. Allen M, Barros V, Broome J, Cramer W, Christ R, Church J, et al. {IPCC fifth assessment synthesis report - Climate Change 2014 synthesis report} [Internet]. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC); 2014. Disponible en: http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/syr/SYR_AR5_LONGERREPORT.pdf 2. Uihlein A, Schebek L. Environmental impacts of a lignocellulose feedstock biorefinery system: An assessment. Biomass Bioenergy. mayo de 2009;33(5):793-802.
3. Ellerman AD, Jacoby HD, Decaux A. The Effects on Developing Countries of the Kyoto Protocol and CO2 Emissions Trading. World Bank Publications; 1998. 48 p.
4. IEA. World Energy Outlook 2010 [Internet]. Paris: Organisation for Economic Co-operation and Development; 2010 [citado 16 de agosto de 2016]. Disponible en: http://www.oecd-ilibrary.org/content/book/weo-2010-en 5. Hubbert MK. Energy from Fossil Fuels. Science. 4 de febrero de 1949;109(2823):103-9.
6. IEA I. World energy outlook 2011. Int Energy Agency. 2011;666.
7. Dürrschmidt W, Michael van Mark. Renewable Energy Employment Effects: Impact of the Expansion of Renewable Energy on the German Labour Market. Federal Ministry for the Environment, Nature, Conservation and Nuclear Safety, Berlin; 2006.
8. Vogel J. Unique aspects of the grass cell wall. Curr Opin Plant Biol. junio de 2008;11(3):301-7.
9. Bioenergy IEA. From 1st-to 2nd-Generation BioFuel technoloGies. Overv Curr Ind RDD Act IEA-OECD [Internet]. 2008 [citado 27 de abril de 2017]; Disponible en: http://environmentportal.in/files/2nd_Biofuel_Gen.pdf
