miércoles, 27 de julio de 2016

Busi - Pagani - Gomez Casati: avances en biocombustibles y biorremediación

Un grupo de investigadores trabaja en nuevas formas para producir biocombustibles al mismo tiempo que busca soluciones para eliminar contaminaciones del suelo. Su visión sobre ciencia básica y aplicada, y el impacto de la docencia en su trabajo de investigación. 

Busi, Gomez Casati y Pagani son bioquímicos egresados de la UNR. (Foto: C. Pairoba).


Por Claudio Pairoba

María Victoria Busi, María Ayelen Pagani y Diego Gomez Casati se desempeñan en el ámbito del Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (CEFOBI, UNR-CONICET). Trabajan en plantas, estudiando síntesis/degradación de hidratos de carbono, síntesis de grupos hierro-azufre (Fe-S, importantes para el normal funcionamiento de algunas enzimas) y detoxificación de suelos contaminados con metales pesados. Sus grupos de investigación se apoyan mutuamente para llevar adelante proyectos de investigación básica y aplicada. 

¿Cuáles son sus proyectos de investigación?
María Victoria Busi: Durante mi postdoc trabajé en metabolismo de almidón, estudiando una enzima específica. Como desprendimiento del postdoc surge mi tema de investigación actual. Es el estudio de unos módulos de unión a carbohidratos en enzimas de plantas con aplicaciones biotecnológicas. Esto no implica no hacer ciencia básica, lo que hacemos es clonarlos, purificarlos, estudiarlos, caracterizarlos para ver cuáles son sus funciones. Dependiendo de esto, ver alguna aplicación biotecnológica.

Trabajamos inicialmente en Arabidopsis thaliana (planta modelo), con una enzima particular que sintetiza almidón. Luego pasamos a otra enzima que degrada pared celular y después buscando distintas áreas de vacancia pasamos a trabajar en algas. Estudiamos el metabolismo de polisacáridos en plantas y algas. 

María Ayelen Pagani: mi formación de origen a nivel doctoral fue en un tipo muy particular de metaloproteina, las cuales están presentes en todos los organismos eucariotas. Profundicé en el metabolismo de algunos metales pesados o de transición en levaduras. Cuando vuelvo a la Argentina para ingresar a CONICET y como vine a trabajar al Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (CEFOBI), trasladé mi interés por el metabolismo de metales en organismos hacia las plantas.

Originalmente estuve trabajando un poco con metales tóxicos en soja y girasol y ahora estamos profundizando en metales de interés como hierro en plantas modelo para después tal vez extrapolarlo a plantas de interés agronómico.

Las dos aplicaciones fundamentales de este estudio que es básico, son: 1. las cuestiones de salud alimentaria (metales nutrientes o tóxicos) y 2. aplicaciones en biorremediación. 

Diego Gomez Casati: la otra línea del laboratorio tiene que ver con Biología Molecular de plantas y Biotecnología. Estudiamos básicamente las consecuencias de la disfunción de una organela celular que es la mitocondria en plantas y qué consecuencias tiene esa disfunción sobre la expresión de genes a nivel nuclear.

La mitocondria está involucrada en una gran cantidad de procesos importantes en la célula, plantas en este caso, como en el desarrollo, la fotosíntesis, la germinación y la fecundación. Empezamos hae unos años con un estudio más bien básico que fue caracterizar la síntesis de moléculas inorgánicas (grupos hierro-azufre). Son importantes porque forman parte de numerosas moléculas, no solo dentro de la mitocondria, si no en el cloroplasto. Están en citoplasma también. Estas proteínas son las responsables de muchos procesos celulares como los que comenté recién.

El manejo de las funciones mitocondriales tiene aplicaciones en biotecnología de plantas como por ejemplo el hecho de lograr variedades macho estériles para en un futuro poder utilizarlo como estrategia para producir híbridos que son importantes a nivel comercial. 




Los tres son Bioquímicos egresados de la Universidad Nacional de Rosario. ¿Ven un corrimiento por lo cual hay cada vez menos bioquímicos haciendo investigación y cada vez más biotecnólogos? ¿Y por qué sería? 
MVB: Porque la biotecnología está de moda. Y porque con esa carrera uno puede hacer un millón de cosas maravillosas. Y con Bioquímica las opciones están más acotadas. Cuando nosotros éramos estudiantes (nos recibimos a mediados de los 90) se decía que no había mucho trabajo de bioquímico. Hoy lo que tenemos entendido es que cualquier bioquímico que sale tiene trabajo y bastante bien remunerado. Hay más biotecnólogos que no encuentran lugar. Me parece que para los biotecnólogos hay menos salida que para los bioquímicos. Si no hacen una carrera académica no hay mucha empresa de base tecnológica en la Argentina. 

¿Su trabajo está relacionado con el tema de biocombustibles?
MVB: Nosotros encontramos es una enzima de síntesis del almidón conectada con estos módulos de unión a carbohidratos que eran típicos de proteínas que degradan no que sintetizan. Empezamos a buscar qué se podía hacer con estos módulos o en que industria estaban aplicados. Todo lo que sea biocombustibles de primera generación se basa en la fermentación del almidón. Como trabajábamos en enzimas de almidón consideramos importante meternos en biocombustibles de segunda generación. Esto implica la degradación de la biomasa que no compite con el alimento. La pared celular vegetal está compuesta por celulosa, la cual también es una concatenación de unidades de glucosa (hidrato de carbono). Las enzimas que degradan celulosa también tienen módulos de unión a carbohidratos.

Para biocombustibles intentamos dividirnos en dos enfoques separados: uno es generar plantas transgénicas que tengan paredes celulares modificadas para que ese pre tratamiento, que es lo más costoso tanto ambiental como energéticamente para producir biocombustibles de segunda, sea más económico. Por otro lado desarrollar enzimas recombinantes de producción nacional y de desarrollo propio, para combustibles de primera y de segunda.

Después, biocombustibles de tercera generación implicaría trabajar con organismos genéticamente modificados y ahí se incorporan las algas. Buscamos generar algas transgénicas para producir mayores niveles de almidón que pueden ser extraídos más fácilmente con la ventaja de que ocupan menos espacio. El alga se puede filtrar y es más económica. 

¿Cómo es el estado actual del tema biocombustibles?
MVB: Una situación es Argentina y otra el resto del mundo. En el resto del mundo se le da mucha importancia y hay mucha inversión. Vino Susan Jenkins de Berkeley, donde tienen un instituto financiado por la British Petroleum que le aporta un montón de dinero para desarrollos propios de la BP y otros para actividades académicas.

Brasil, uno de los productores mundiales en bioetanol de primera, está incursionando en bioetanol de segunda con el blue starch, donde está gente de Petrobrás con capitales privados y también extranjeros.

Europa tiene por lo menos tres plantas de biocombustibles de segunda. En la Argentina hay un desarrollo total de biodiésel por el boom de la soja y últimamente el desarrollo de una planta muy importante en la zona de Villa María de productores de maíz para hacer bioetanol de primera porque se encontraron con un excedente de toneladas de ese cereal. Hay por lo menos un par de empresas locales que están en la producción de enzimas. El país suscribe y cada año saca la ley para que los cortes en nafta y gasoil incluyan un cierto porcentaje lo cual se va haciendo. La Cámara Argentina de Biocombustibles tiene una presencia muy fuerte en las decisiones.

De acuerdo a la literatura una de las complicaciones de la producción de biodiésel es el gran volumen de glicerina que se va generando sin encontrarle económicamente salida. La contaminación por glicerina es una contra al evaluar la calidad del biodiésel. 

DGC: En su momento, cuando las retenciones a la soja estaban muy altas, convenía más vender el aceite y no hacer el biocombustible y venderlo como tal. En muchos países se les da importancia pero se los apoya desde un aspecto que acá es variable. 

ES: ¿Hay financiamiento por parte de Yacimientos Petroliferos Fiscales?
MVB: Somos integrantes de un proyecto entre CONICET e Y-TEC (YPF Tecnología): que ganó el Dr. Alberto Iglesias en Santa Fe. Ese proyecto es específicamente para proteger los derrames de pozos de petróleo o decontaminar pozos de petróleo (biorrefinería). Ahí entramos con lo que serían algas genéticamente modificadas para poder limitar algún derrame o contaminación. La parte de Santa Fe (Iglesias y el Ing. Raul Comelli) se encargaría de producir, a partir de aceites, una sustancia muy similar a un derivado del petróleo que se está usando y sirve para embolsar el pozo y proteger del derrame.  

¿Tienen un proyecto en biorremediación?
MAP: La historia es así: para extraer petróleo hay que hacer perforaciones, las cuales no siempre son exitosas. De hecho las perforaciones que acaban siendo pozos productores es una de 15 o 20. Para hacer la perforación hace falta introducir el fluido de perforación, el cual es una emulsión oleosa altamente contaminante. El que se usa actualmente es un derivado del petróleo.

Son recalcitrantes, permanecen en el terreno y es muy difícil que se degraden. Son arrastrados por las corrientes de agua o permanecen contaminando el suelo. No solo eso, esta emulsión también tiene un componente acuoso que solubiliza los materiales de las rocasdonde estás perforando. Entre esos materiales hay metales pesados, los cuales están más biodisponibles en ese terreno y también son arrastrados por las corrientes de agua que atraviesan esa zona. Entonces hay dos tipos de contaminación: con hidrocarburos y con metales pesados.

Este proyecto trata de solucionar los dos aspectos. En Santa Fe, están trabajando para encontrar un reemplazo para el elemento oleoso del fluido de perforación con un compuesto menos recalcitrante a partir de aceites de soja. Nosotros vamos a tomar más la parte de generar algas genéticamente modificadas para tratar de absorber, recuperar o que estén menos biodisponibles estos metales que se han solubilizado por el proceso, usando distintas estrategias biotecnológicas. 

Microalgas como organismos decontaminantes
MAP: Después tenemos otro proyecto un poco más ambicioso, para el cual obtuvimos financiación del CONICET hace poco. En este caso nos proponemos aprovechar por un lado organismos que ya existen, que se han adaptado naturalmente a este tipo de contaminación con metales pesados. Un ejemplo bastante llamativo es una microalga que no es autóctona del sur de la Patagonia, pero que la ha colonizado y que crece en algunos lugares donde se sabe que hay contaminación con metales pesados (Golfo de San Julián y San Jorge, donde hay vertidos de mineras). La idea es recuperar las algas, crecerlas y ver si han mejorado naturalmente sus capacidades de absorber metales pesados.

Por otro lado modificaríamos microalgas, siempre de forma biotecnológica y apoyándonos en nuestras áreas de experiencia. Se sabe que las paredes de las algas son naturalmente absorbedoras de metales, entonces aplicando el área de Victoria donde modifican paredes celulares, intentaríamos aumentar esa pared que fija metales.

Por el lado de la línea de investigación de Diego, en la mitocondria, quisiéramos mejorar la resistencia de esos organismos para que puedan crecer en un medio con alta cantidad de metales y absorberlos.

Y las proteínas que yo he estudiado toda la vida, naturalmente están diseñadas para absorber metales. Entonces si aumentamos su cantidad en los organismos, sabemos que el mismo va a poder hacer frente a los metales, crecer y acumularlos.

Una de las cuestiones en las cuales se podrían aplicar estos desarrollos, es en el tema de generar biomasa que pueda absorber arsénico. El hidroarsenicismo crónico es uno de los grandes problemas de la Argentina, sobre todo en comunidades aisladas que se autoabastecen de napas que están contaminadas. La idea a futuro es intentar generar algún material bioabsorbente que pueda fijar arsénico o algún otro metal, pero con énfasis en el primero.

El acuífero guaraní es el que está contaminado con arsénico. Esto viene de épocas geológicas con materiales que cubrieron la tierra y buena parte de la Argentina, desde el noroeste, en diagonal cruzando el país, hasta nuestra zona. Todas las segundas napas están contaminadas. 

¿Qué avances hay en tu tema, Diego?
Una de las cosas en que estamos avanzando es en la caracterización de la función de genes y las proteínas que ellos codifican. La mayoría de estos genes son nucleares pero tienen target hacia la mitocondria. Muchos de estos genes están involucrados en la biogénesis de los grupos inorgánicos hierro-azufre (Fe-S) que no están solos en la célula si no unidos a proteínas y formando complejos porque si no son tóxicos.

Nosotros estamos avanzando en la caracterización de estos genes que hacen los grupos Fe-S y que además luego los incorporan a proteínas. Por ejemplo, tenemos plantas que a pesar de estar creciendo en alta cantidad de hierro, creen que están creciendo en deficiencia, por lo cual siguen tomando hierro. También vimos que otras variedades de plantas, con alguna modificación de algunos de estos genes, son capaces de crecer en suelos que son deficientes en hierro y en algunos otros metales. Esto es un problema en los suelos en general y en la Argentina en particular. Entonces se abre quizás otra puerta de aplicación de la caracterización básica que estamos haciendo.

Se relaciona con el tema de metales que es el tema de experiencia de Ayelén y, como hay algunas alteraciones del metabolismo de carbohidratos, también se conecta con la experiencia de Victoria. 

¿Cuál es su visión sobre la dicotomía entre ciencia básica y aplicada?
MVB: Para mí siempre es importante el “para qué”. Es importantísimo desarrollar conocimientos, pero hay circunstancias. Estos módulos de unión a carbohidratos se unen a determinadas estructuras: ¿para qué? ¿Podemos lograr un almidón diferente? Ciencia básica tiene que haber en un contexto. Y por aplicada entiéndase una muy buena aplicación de la básica, no algo más liviano. 

MAP: Da la sensación de que se pretende que uno trabaje por objetivos, casi como en una empresa. Y eso no se puede hacer en ciencia porque se terminan generando aplicaciones donde hay poco desarrollo, y es muy poco lo que se aporta de conocimiento o de capital intelectual. Generalmente esto lo dicen todos los países donde se hace buena ciencia, las mejores aplicaciones han surgido de alguna investigación básica. 

DGC: Coincido con lo que dice Victoria. Muchas veces lo veo haciendo un paralelismo con el deporte. ¿Vos querés llegar a tener una medalla olímpica? Tenés que entrenar cuatro años. No podés salir de tu casa e ir a ganar una medalla. Para lograr eso tenés que tener un montón de trabajo que yo lo veo como la parte básica. Tenés que hacer mucho trabajo para tener algo aplicado. Es imposible levantarte un día y decir voy a tener algo aplicado. Uno no descubre algo todos los días. 

MVB: Creo que podemos afirmar que ambas deben coexistir pero entendiendo como aplicada esa instancia superadora que tomando distintas cosas de los básicos existentes pueden arrancar desde otro punto. 

DGC: Hay una anécdota sobre Leloir, contada por Ranwell Caputo, quien recuerda que en aquellos años Leloir estaba preocupado porque lo que estaba haciendo no aportaba nada al desarrollo del país. Como por ejemplo podía ser en ese momento, un método para lograr un mejor método para las conservas en lata. Con el tiempo se vio que la escuela que hizo Leloir fue mucho más importante que la conserva en lata. Hacer escuela implica formar gente, capacitarla y tener los mejores científicos. Recordemos que Milstein ganó un premio Nobel y fue discípulo de Stopani quien a su vez fue discípulo de Leloir. 

A título personal
María Victoria Busi
Bioquímica – Universidad Nacional de Rosario
Doctora en Biología Molecular y Biotecnología - Universidad Nacional de San Martín
Investigadora Independiente del CONICET
CEFOBI (UNR-CONICET)
Facultad de Cs. Bioquímicas y Farmacéuticas
Profesora Adjunta Universidad Nacional de San Martín
Carrera: Licenciatura en Biotecnología y Doctorado Biología Molecular y Biotecnología
Área Biotecnología Vegetal 

María Ayelen Pagani
Bioquímica – Universidad Nacional de Rosario
Doctora en Genética - Universidad de Barcelona
Investigadora Adjunta CONICET
CEFOBI (UNR-CONICET) 

Diego Gomez Casati
Bioquímico - Universidad Nacional de Rosario
Doctor en Bioquímica - Universidad de Buenos Aires
Investigador Principal CONICET
Profesor Adjunto - Facultad de Cs. Bioquímicas y Farmacéuticas
Universidad Nacional de Rosario
Profesor Adjunto - Área Biotecnología Vegetal
Universidad Nacional de San Martin
Secretario de Posgrado – Facultad de Cs. Bioquímicas y Farmacéuticas

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