Cuando pensamos en recursos marinos, es fácil que nos vengan a la cabeza los peces, el marisco o las algas. Es lógico: son los recursos que vemos, los que mejor conocemos y los que hemos aprovechado tradicionalmente. Sin embargo, una parte muy importante del potencial del océano se encuentra precisamente en aquello que no podemos ver.
Bacterias, hongos, microalgas y otros microorganismos llevan millones de años adaptándose a condiciones muy diferentes de las terrestres: salinidad, presión, temperatura o escasez de nutrientes, entre otras. Esa adaptación ha dado lugar a moléculas, enzimas y metabolismos con propiedades que pueden resultar muy interesantes desde el punto de vista biotecnológico.
Ahí comienza la biotecnología azul: en el estudio de las capacidades biológicas que existen en el medio marino y de las posibilidades de convertirlas en soluciones. La biotecnología azul forma parte de un marco más amplio, la bioeconomía azul, que busca transformar el conocimiento y los recursos biológicos marinos en productos, procesos y tecnologías capaces de generar valor de forma sostenible.
En AZTI trabajamos en las distintas fases de ese recorrido. Trabajamos por ejemplo identificando microorganismos marinos productores de moléculas de interés y estudiamos cómo cultivarlos para producir el compuesto, cómo recuperarlo y purificarlo y, finalmente, si existe una vía realista para llevar el proceso a una escala mayor.
Combinando microbiología, herramientas moleculares avanzadas y desarrollo de bioprocesos, exploramos el potencial del microbioma marino para comprender las funciones biológicas de interés y avanzar desde su identificación hasta su posible aplicación.
Porque encontrar algo interesante en el laboratorio es solo el principio. Todavía queda mucho trabajo antes de poder hablar de un producto.
Bioprospección: saber qué hay y, sobre todo, qué puede hacer
La bioprospección marina comienza explorando la enorme diversidad que nos ofrece el mar, no solo a nivel macroscópico sino también a nivel microscópico. Los microorganismos marinos son ubicuos, tremendamente abundantes y esconden una excepcional diversidad a nivel genético y funcional que les convierte en una fuente de potenciales aplicaciones.
En AZTI nos centramos en la bioprospección de microorganismos marinos para diversos desarrollos biotecnológicos. Tradicionalmente, buena parte de este trabajo consistía en aislar microorganismos, cultivarlos y estudiar sus propiedades. Esta aproximación sigue siendo fundamental, pero ahora contamos con herramientas que nos permiten ir mucho más allá. Las tecnologías ómicas hacen posible analizar los genes, rutas metabólicas y funciones con posible interés biotecnológico, incluso antes de conocer en detalle el microorganismo que las contiene. Por tanto, estas herramientas moleculares avanzadas se han convertido en una parte esencial del proceso, orientando de forma más precisa las siguientes fases de investigación y desarrollo.
En AZTI aislamos y conservamos cepas marinas de interés en nuestra colección propia de cultivos. Por otro, utilizamos herramientas ómicas para buscar y caracterizar microorganismos capaces de producir enzimas, biopolímeros y otros compuestos con propiedades de interés.
Una vez identificados, llega una pregunta aun más compleja:¿como podemos aprovechar esa capacidad de forma sostenible?
El exopolisacárido EPS517: del microorganismo al proceso
Un claro ejemplo de la bioprospección que realizamos es la identificación de bacterias productoras de exopolisacáridos de interés industrial. En AZTI hemos identificado una bacteria marina capaz de sintetizar un polisacárido con características comparables a las del condroitín sulfato, el EPS517. Este polisacárido está presente en tejidos como las articulaciones o la piel y se utiliza en sectores como el farmacéutico, el nutracéutico y el cosmético.
Lo interesante no es solo la molécula, sino también la manera en que podría obtenerse.
Actualmente, buena parte del condroitín sulfato procede de tejidos animales. La posibilidad de producir mediante microorganismos compuestos con propiedades similares abre una alternativa de origen no animal y potencialmente más controlable desde el punto de vista productivo.
Sin embargo, encontrar una bacteria que produce ese compuesto no resuelve por sí solo el reto.
En el proyecto CONDRIMARE trabajamos en todo lo que viene después: el cultivo en biorreactor, la recuperación y purificación de EPS517, la evaluación de su bioactividad y seguridad y el análisis de su viabilidad industrial y regulatoria.
No buscamos acumular hallazgos, sino recorrer la distancia que separa un descubrimiento biológico de una aplicación real.
Enzimas marinas: buscando herramientas biotecnológicas de interés industrial
Las enzimas son otro ejemplo de los valiosos recursos que podemos encontrar al estudiar la biodiversidad microbiana a nivel funcional.
Los microorganismos marinos viven en condiciones muy particulares y algunas de las enzimas que producen están adaptadas para funcionar en estos entornos, como las bajas temperaturas y las altas presiones. Este tipo de adaptaciones puede ofrecer ventajas en determinados procesos industriales.
Por otro lado, algunos microorganismos marinos necesitan desplegar una amplia batería de enzimas para acceder a fuentes de carbono, nutrientes y energia que les permitan sobrevivir. Estas enzimas pueden utilizarse en una gran variedad de aplicaciones, desde la bioremediación, el desarrollo de nuevos bioproductos y la valorización de la biomasa algal mediante procesos de biorefinería.
En AZTI investigamos, entre otras líneas, enzimas relacionadas con el procesamiento de glicanos marinos complejos, en los que se ha observado interesantes propiedades bioactivas. Nos interesa comprender cómo ciertas bacterias marinas sintetizan, modifican o degradan estas estructuras, e identificar las enzimas responsables, porque los mecanismos que utilizan podrían tener aplicaciones en biomedicina, nutraceútica, y cosmeceútica, entre otros.
En el proyecto GLYTECH, estamos trabajando en la caracterización de nuevas glicoenzimas marinas capaces de procesar glicanos de macroalgas pardas y la producción controlada de oligosacáridos para testar su bioactividad.
Además de buscar nuevos recursos, aprovechemos mejor los que ya tenemos
Otro de los ejes de la bioeconomía azul es el aprovechamiento de las grandes cantidades de recursos que moviliza la industria pesquera. Durante su procesado se generan vísceras, recortes, espinas, aguas de proceso y otras corrientes que no siempre se aprovechan por completo. Sin embargo, estos materiales todavía contienen proteínas, grasas, minerales y muchas otras moléculas de interés.
Por tanto, podemos cambiar la pregunta. En lugar de limitarnos a pensar cómo gestionar esas corrientes, podemos analizar qué contienen y si existe una forma razonable de recuperar su valor.
La biotecnología nos ofrece distintas posibilidades. Mediante la hidrólisis enzimática, la fermentación o la bioconversión podemos transformar algunos subproductos en nuevas materias primas o ingredientes.
En el proyecto europeo WaSeaBi trabajamos, por ejemplo, con efluentes procedentes de la cocción de mejillón. AZTI desarrolló un proceso de hidrólisis enzimática que permitió concentrar compuestos relacionados con el sabor y reducir de forma considerable el volumen de la corriente tratada. A partir de este proceso se obtuvieron ingredientes con posibilidades de reincorporarse a la industria alimentaria.
Este tipo de trabajos cambia nuestra forma de mirar un subproducto. Lo que en un primer momento parece una corriente residual puede contener carbono, proteínas, grasas o moléculas con valor.
La cuestión es saber si podemos recuperarlas de manera eficiente y con sentido económico.
Biorrefinería: obtener más de una misma materia prima
El siguiente paso consiste en evitar que el aprovechamiento termine después de recuperar un único compuesto. Ahí entra en juego el concepto de biorrefinería.
La lógica se parece a la de una refinería convencional: separamos una misma materia prima en distintas fracciones y destinamos cada una de ellas a una aplicación diferente.
En el caso de los recursos marinos y de los subproductos alimentarios, podemos plantear procesos en cascada. Primero se recuperan las fracciones de mayor valor. Después se obtienen ingredientes, materiales u otros productos. Finalmente, se intenta encontrar una salida útil para lo que aún queda.
Sobre el papel es un planteamiento muy atractivo. Llevarlo a la práctica, sin embargo, no siempre resulta sencillo. Cada etapa tiene un coste y obliga a considerar los rendimientos, el consumo energético, la estabilidad de los compuestos, la seguridad, la regulación y la existencia de un mercado.
No todo lo que técnicamente podemos recuperar merece la pena ser recuperado. Por eso, el desarrollo de procesos es tan importante como la propia investigación biológica. Ambas partes deben avanzar juntas desde el principio si queremos que una solución llegue a ser viable.
La biodiversidad marina ofrece también oportunidades para desarrollar bioproductos y procesos con una menor huella ambiental. A partir de microorganismos, enzimas, biopolímeros y otros mecanismos inspirados en la naturaleza, es posible plantear soluciones que ayuden a sustituir materias primas de origen fósil, optimizar el uso de los recursos y avanzar hacia modelos productivos más circulares. Esta dimensión ambiental amplía el alcance de la biotecnología azul más allá de la alimentación y la salud.
Un océano por conocer …y proteger
La biodiversidad marina es una inmensa fuente de conocimiento. Pero conviene introducir un matiz importante: el océano no es un almacén de recursos que podamos utilizar sin límites. Es un ecosistema, y cualquier desarrollo de la bioeconomía azul debe partir de su conocimiento y conservación. En AZTI trabajamos precisamente en esa intersección.
No creemos que el futuro de la bioeconomía azul consista simplemente en extraer más recursos del océano. La verdadera oportunidad está en conocer mejor los que ya tenemos, aprovecharlos de forma más inteligente, generar más valor con menos materia prima y cerrar mejor los ciclos. Uno de los grandes retos de los próximos años será aprender a hacerlo cada vez mejor.
Porque todo este potencial biotecnológico depende, en última instancia, de que el océano siga siendo un ecosistema capaz de sostenerlo.
