Impacto de la biotecnologia en el sector industrial y energetico

Introducción

Desde el año 2003, la fructífera colaboración entre las Fundaciones Estatales, Genoma España y OPTI (Observatorio de Prospectiva Tecnológica Industrial), ha tenido como colofón la realización y publicación de una colección de Informes de Prospectiva Tecnológica sobre el Impacto de la Biotecnología en diferentes sectores. En el año

2004, se publicó el primero de estos informes en el sector sanitario (Biotecnología Roja); en el año 2005, se publicó el segundo, en este caso sobre los sectores agrícola, ganadero y forestal (Biotecnología Verde); y ya por último, en el presente año 2006, se publica el informe del que este párrafo es introductorio, sobre los sectores industriales y energéticos (Biotecnología Blanca).

A lo largo de este intenso trabajo de más de tres años, la colección de Informes de Prospectiva Tecnológica sobre el Impacto de la Biotecnología, ha tenido siempre el mismo objetivo: servir de ayuda en la toma de decisiones, tanto en entornos públicos, que establecen programas y políticas de fomento, como en entornos privados, que establecen estrategias de desarrollo de productos y servicios. Siguiendo esta filosofía de utilidad para diferentes interlocutores de la Biotecnología, el presente informe ha abordado el estudio de las tendencias sociales, económicas y tecnológicas que pueden contribuir a perfilar la aplicación presente y futura de la Biotecnología en sectores químico-industriales y energéticos.

En el transcurso de la elaboración y redacción de este nuevo informe se han identificado una serie de tecnologías concretas y que, gracias al Panel de Expertos y la encuesta realizada a decenas de expertos, se han evaluado y seleccionado para poder constituir un listado de tecnologías críticas.

En un horizonte temporal menor a los diez años, muchas de las tecnologías identificadas en este informe serán una realidad que impregnará nuestra vida diaria, incluyendo la mejora o el desarrollo de nuevos materiales, combustibles y fármacos. Si el siglo XX ha estado caracterizado por el empuje del sector petroquímico, proveyendo de productos tan básicos para la sociedad como la gasolina o los plásticos, en el siglo XXI es previsible que asistamos a un cierto declive de dicho sector en favor de la biotecnología industrial y energética. La utilización de las cosechas, en muchos casos modificadas genéticamente para adaptarse a las condiciones de transformación industrial, de la biomasa y los residuos, así como la transformación y utilización de microorganismos y de sus productos enzimáticos, permitirán situar a la Biotecnología en un lugar preferente, como suministradora de productos industriales y energéticos rentables, novedosos y menos contaminantes.

Entorno socio-económico

Como ya se ha comentado, el objeto del presente informe es vislumbrar el posible futuro de los sectores industrial y energético y la implicación que tendrá la Biotecnología en los mismos.

Para ello, es fundamental analizar el entorno social, económico y tecnológico en el que nos encontramos y en el que han de desarrollarse las tecnologías críticas cuya identificación constituye el objetivo último de este informe.

El sector industrial, y en concreto el de la química industrial, es uno de los sectores de mayor importancia en la economía europea y española debido al gran volumen de negocio que genera y a que se trata de una industria indispensable para el resto de los sectores económicos. El sector energético, y en concreto los combustibles, es tanto o más estratégico que el anterior para economías con gran dependencia energética del exterior como España y otros países europeos.

El estudio en profundidad de los factores sociales y económicos que pueden influir de manera notoria en la evolución de estos sectores, pone de manifiesto que algunos de los factores críticos son:

• Respeto por el medio ambiente: legislación medioambiental. La protección y mejora de la calidad del medio ambiente es un reto al que se enfrenta la industria en general, y la industria química en concreto.

Por ejemplo la Unión Europea ha elaborado una normativa medioambiental para los productos químicos, entre cuyos objetivos se encuentra mejorar la protección de la salud humana y del medio ambiente. Se trata de la normativa de Registro, Evaluación y Autorización de Productos Químicos (REACH en sus siglas en inglés). Según esta normativa, que se espera que entre en vigor próximamente, corresponde a fabricantes, importadores y usuarios intermedios garantizar que sólo se fabriquen, comercialicen y usen sustancias que no afecten negativamente a la salud humana y al medio ambiente.

El impacto que la aplicación de dicha normativa tendrá es difícil de evaluar, pero todo parece indicar que la implantación del sistema REACH pondrá en franca desventaja a la industria europea frente a terceros países y a la importación de productos fabricados fuera de la UE. Entre las consecuencias previstas se encuentran la subida de los costes de desarrollo, la reducción de los catálogos de los productos de las empresas a los productos clave o prioritarios y la desaparición de muchas empresas medianas y pequeñas o su absorción por parte de otros mayores. Teniendo en cuenta que en España las PYME constituyen casi el 96% del sector, el impacto podría ser muy importante.

Respecto a la contribución del sector privado, la inversión en I+D+i en 2004 del sector químico corresponde al 26,6% del gasto total procedente de la industria que se realiza en España, del cual el 71% fue realizado por el sector farmacéutico.

La implantación del sistema REACH supondrá un gasto para las empresas que muy probablemente haga que la inversión en I+D+i se resienta.

• Desarrollo sostenible. El Convenio de Biodiversidad firmado en 1992 en Río de Janeiro, y ratificado por España en 1993, constituye el máximo exponente de las estrategias de conservación del siglo XX. En él se establece la biodiversidad como un patrimonio común de la humanidad, cuya conservación es una responsabilidad compartida que ha de llevarse a cabo en un marco de uso sostenible.

Sus tres objetivos principales son la conservación de la diversidad biológica, el uso sostenible de sus componentes y la distribución justa y equitativa de los beneficios derivados de la utilización de los recursos genéticos.

En la elaboración del Convenio, los gobiernos reconocieron la posibilidad que la Biotecnología moderna tiene de contribuir a la consecución de estos objetivos en la medida en que se desarrollase y utilizase, con arreglo a ciertas medidas de seguridad adecuadas para la salud del medio ambiente y del hombre.

En términos reales este convenio establece que las comunidades regionales y/o locales deben beneficiarse de los descubrimientos de moléculas activas, sobre todo con fines farmacéuticos, que se produzcan en su entorno. Los principios de este convenio ya han empezado a aplicarse por diferentes empresas, incluidas las estadounidenses, aunque su país no haya firmado el mismo.

• Cambio climático y Protocolo de Kioto. La industrialización, las emisiones de gases contaminantes, la deforestación y la tala de bosques y ciertas prácticas agrarias son algunas de las causas que han contribuido al efecto invernadero y al calentamiento global del planeta.

El Protocolo de Kioto, firmado en diciembre de 1997 en el marco del Convenio de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, concluyó con la adopción de un acuerdo de reducción de emisiones de gases con efecto invernadero del 5,2% respecto de los niveles de 1990, durante el período comprendido entre los años 2008 y 2012.

La Unión Europea fijó como objetivo la reducción de dichas emisiones en un 8%. Los compromisos asumidos por cada Estado Miembro varían en función de una serie de parámetros de referencia que en el caso de España suponen la obligación de no superar en más del 15% el nivel de emisiones de 1990.

Sin embargo, España es el país de la UE que más se aleja de los compromisos contraídos para la reducción de emisiones. De hecho, éstas han aumentado un 45,6% entre 1990 y 2004, lo que supone más del doble del nivel que España podría aumentar sus emisiones para el período 2008-2012. Las mayores contribuciones a estas emisiones proceden del sector energético, con un aumento del 48% respecto a 1990, seguido de los procesos industriales distintos a la combustión, con un aumento del 23,1% respecto a 1990. El menor caudal de los ríos en España debido a la sequía del último año, motivó un mayor uso de combustibles fósiles en la generación de energía para compensar la disminución de energía hidroeléctrica.

• Dependencia energética y fuerte incremento del precio del crudo. Los materiales que utiliza la industria química como fuente de energía y como materias primas son principalmente derivados del petróleo. El aumento del precio del petróleo que se ha producido en los últimos años, llegando a los 75 dólares por barril a principios de mayo de 2006, debido al fuerte incremento de la demanda, sobre todo de China, a la inseguridad de suministro en ciertos países con problemas de estabilidad y a un no menos importante cierto grado de especulación, hace necesario el desarrollo de nuevas fuentes de energía y de nuevas materias primas. Según el Informe de Seguimiento de la Evolución Tecnológica en 2004 elaborado por la Fundación OPTI, España presentó en ese año un grado de dependencia energética mayor del 70%, superando ampliamente la media europea, que se encuentra en el 50%1.

A lo largo de estos últimos años se ha incorporado en muchas agendas políticas la necesidad de reducir la dependencia de las materias primas petroquímicas mediante el desarrollo de nuevas formas de energías alternativas, que permitan además disminuir las emisiones de gases con efecto invernadero, así como de nuevas materias primas renovables.

Además, existe la tendencia de, frente a la "economía del hidrocarburo" en la que nos encontramos en este momento, desarrollar una nueva economía basada en los carbohidratos. Un cambio en las materias primas de hidrocarburos fósiles a materias primas procedentes de plantas, animales o microorganismos (biorrefinerías), ayudaría a una reestructuración del sector químico que permitiría una producción sostenible.

• Incremento de la demanda energética. En los últimos años en nuestro país se ha producido un incremento sustancial de la demanda energética, debido principalmente al consumo de carburantes para el transporte y de energía eléctrica tanto industrial como doméstica. Las previsiones sobre consumo energético, sitúan el consumo de energía en España para el 2010 en 167 Millones de tep (toneladas de petróleo equivalente), lo que supone un incremento del consumo de 18,5% en el periodo 2006-2010. Además, también se prevé que a lo largo del periodo de referencia 2006-2010, los sectores de consumo que más van a incrementar su demanda de energía serán el doméstico y el transporte por carretera.

Las proyecciones de demanda energética para España son tan altas, y la capacidad de incrementar la producción de energía tan moderada, que incluso se ha abierto el debate político sobre la conveniencia de abrir nuevas centrales nucleares.

En la actualidad y con vistas a fomentar la producción energética en España, y una producción energética sostenible con el medio ambiente, se está favoreciendo considerablemente el desarrollo de las energías renovables.

Por citar un ejemplo sólo un 6,5% de la energía utilizada en España proviene de fuentes renovables, por lo que se hace necesario potenciar su utilización al menos hasta alcanzar el objetivo del 12% de consumo de energías renovables sobre el total de la demanda, tal y como figura en el Plan de Energías Renovables en España 2005-2010, realizado por el IDEA del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio.

El informe sobre la situación y perspectivas de los biocarburantes en España, elaborado por la Asociación de Productores de Energías Renovables (APPA), indica que se incumplirá el objetivo europeo de alcanzar en 2005 un consumo de biocarburantes del 2% del mercado nacional de gasolina y gasóleo para el transporte, y sólo llegará al 0,8%2. El nuevo Plan de Energías Renovables para España, PER 2005-2010, anuncia la puesta en marcha de medidas específicas para corregir esta situación.

• Políticas de fomento de la innovación. El crecimiento económico y la competitividad pasan ineludiblemente por la investigación, la tecnología y la innovación. Por este motivo, la agenda política de los países líderes en el desarrollo económico y social incluye como prioridad la Investigación y la Innovación.

En el Consejo Europeo de Lisboa, que tuvo lugar en 2000, se llegó al acuerdo de que Europa sería la economía basada en el conocimiento más competitiva y dinámica del mundo para el año 2010. El éxito de dicha iniciativa, conocida como la Estrategia de Lisboa, estaba condicionado a un crecimiento del 3%, y llevaría al pleno empleo.

Sin embargo, y pasados cinco años, el Cuadro de Indicadores 2005 sobre Innovación en Europa3 pone de manifiesto la pérdida de eficiencia de la economía europea respecto a sus competidores y señala que, al ritmo actual de crecimiento, el tiempo de convergencia con Estados Unidos sería de 50 años.

En la actualidad España invierte en I+D el 1,05% del PIB, poco más de la mitad del promedio de la UE, con lo que al ritmo actual tardaríamos 20 años en alcanzar dicho promedio. España se encuentra muy retrasada respecto a la media comunitaria y perdiendo posiciones en el rendimiento de la innovación. De hecho, se sitúa en el puesto 16 de los 25 Estados Miembros de la Unión Europea en materia de innovación; y en el puesto 21 de la lista formada por los 25 estados de la UE, EE.UU., Japón, Islandia, Suiza, Noruega, Turquía, Bulgaria y Rumania. A su vez, y a pesar de los buenos resultados económicos que se vienen registrando desde hace bastantes años, el nivel de innovación disminuye, lo cual se convertirá en un problema a largo plazo.

Con el objeto de mejorar esta situación, el gobierno ha puesto en marcha el programa INGENIO 2010. Dicho programa supone un compromiso que pretende involucrar al Estado, la iniciativa privada, la universidad y otros organismos públicos y de investigación, en un esfuerzo por impulsar el desarrollo científico y tecnológico en España. Entre sus objetivos para 2010 se encuentran alcanzar el 2% del PIB destinado a I+D, llegando al 55% de la contribución privada en inversión en I+D, y al 0,9% de la contribución pública en inversión en I+D. Para conseguirlo cuenta con tres instrumentos que son CÉNIT, CONSOLIDER Y AVANZ@.

CÉNIT tiene como objetivo aumentar la cooperación pública y privada en I+D+i; CONSOLIDER es una línea estratégica para conseguir la excelencia investigadora aumentando la cooperación entre investigadores y formando grandes grupos de investigación; y AVANZ@ es el programa para alcanzar la media europea en los indicadores de la Sociedad de la Información.

• Competitividad. Según los datos de 2004, la Europa de los 25 aglutina la tercera parte de la producción química mundial, seguida por Asia (especialmente impulsada por el crecimiento de China) y Estados Unidos.

La competitividad de la industria química europea se encuentra en peligro debido a sus elevados costes de producción, como consecuencia principalmente de las repercusiones del aumento del precio del petróleo, el bajo crecimiento de mercado y la deslocalización de las industrias clientes.

Según el Foro Económico Mundial, en el caso de España ha pasado del puesto 23 en el año 2004 al puesto 29 en el año 2005 en el ranking del Crecimiento de la Competitividad. Muchos países asiáticos, lugares predilectos de la subcontratación para la industria química, ya figuran claramente por encima de España, mientras que la gran mayoría de países de Europa del Este se sitúan por debajo de España, si bien su tasa de crecimiento hace pensar que en el año 2006 y 2007 muchos de estos países adelanten a España en este ranking.

El sector productivo español no se encuentra en su mejor momento, algunas de las causas principales para perder competitividad industrial van más allá del coste salarial, e incluyen un claro déficit tecnológico y un coste energético alto. En esta coyuntura, la Biotecnología aplicada a los procesos industriales químicos y de generación de energía debería dar sus frutos, sobre todo en aquellas naciones que hagan de esta nueva tecnología una ventaja competitiva.

Desde la Federación Empresarial de la Industria Química Española (FEIQUE), en colaboración con ASEBIO, FEDIT y la Red OTRI de Universidades, se ha promovido la creación de la Plataforma Tecnológica Española de Química Sostenible. Al igual que su homóloga europea (SUSCHEM), nace de la necesidad de asegurar la competitividad del sector en España a largo plazo, mediante la promoción y ejecución de acciones innovadoras globales de carácter estratégico. La Plataforma pretende apoyar el éxito a largo plazo de la industria química e industrias asociadas, proporcionando incentivos para la investigación química y la innovación, tanto en el ámbito de la industria como del sector público. Para ello, se pretende establecer una red de alianzas estratégicas e intelectuales que acoja todo el proceso innovador (de la idea al mercado).

Entorno Tecnológico

La Biotecnología Industrial y Energética consiste en la aplicación de las herramientas de la Biotecnología para la producción sostenible de compuestos químicos, biomateriales y biocombustibles, mediante el uso de células vivas o sus sistemas enzimáticos. Entre los principales beneficios que la Biotecnología puede proporcionar, se encuentran la mejora de los medios de producción, el desarrollo de nuevos productos y la reducción del impacto ambiental de las actividades industriales.

En Europa actualmente cerca del 5% de los productos químicos se obtienen mediante Biotecnología. La OCDE estimó que para el año 2010 un quinto de la producción química podría ser traspasada a la Biotecnología Industrial y el 60% de los productos de química fina podrían fabricarse por medio de herramientas biotecnológicas4. Para 2010 se espera que en Europa el 6% del combustible sea bioetanol, y que ciertos compuestos químicos estén compuestos por sustancias biológicas en un 50%.

No obstante, el cumplimiento de estas previsiones depende en gran medida de factores como el precio de la materia prima, la aceptación del consumidor, así como las políticas gubernamentales e inversiones que lo soporten.

En el caso del sector industrial y energético, teniendo en cuenta cómo se plantea el contexto socioeconómico, puede considerarse que su futuro pasa por la Biotecnología.

Los objetivos de la aplicación de la Biotecnología en esos sectores se pueden resumir en los siguientes:

• Aumento de la competitividad de la industria química.

• Desarrollo de productos y procesos respetuosos con el medio ambiente.

• Desarrollo de procesos que permitan la utilización de materias primas alternativas a los productos derivados del petróleo.

• Reducción de las emisiones de gases con efecto invernadero.

• Desarrollo de tecnologías que permitan la descontaminación.

• Desarrollo de alternativas al uso del petróleo como fuente de energía.

Las biotecnologías disponibles para alcanzar estos objetivos son las siguientes:

3.1. Tendencia tecnológica I Biotransformación

Las enzimas son catalizadores de origen biológico responsables de las reacciones químicas que tienen lugar dentro de los seres vivos. Presentan una alta especificidad, proporcionando una capacidad de transformación altamente selectiva y versátil, de gran impacto en el mundo químico. La biocatálisis o biotransformación es el proceso por el cual se produce la conversión de un compuesto químico en otro, mediante el uso de un catalizador de origen biológico o biocatalizador, que puede ser una enzima o sistema enzimático aislado, o bien el orgánulo, célula o tejido completo en el que este sistema se encuentra.

Debido a su origen biológico, las enzimas actúan en medios acuosos, en condiciones suaves de temperatura y pH, por lo que no requieren el uso de disolventes orgánicos potencialmente peligrosos o contaminantes, ni grandes aportes de energía necesarios para alcanzar temperaturas elevadas.

En algunos casos, la producción de ciertos compuestos por medio de tecnologías enzimáticas puede llegar a minimizar el requerimiento energético hasta un 60% y disminuir el gasto de agua hasta el 80%5. Por ejemplo, la fabricación de poliésteres y polímeros acrílicos utilizando procesos biocatalíticos basados en la utilización de lipasas reducen la temperatura de reacción de polimerización de 200 ºC a 60 ºC y se elimina el uso de disolventes orgánicos. En cuanto a los residuos que se producen, suelen ser en cantidades relativamente pequeñas y además se trata de compuestos biodegradables que pueden ser reciclados o vertidos sin tratamientos excesivos. La utilización de enzimas, por tanto, puede decirse que es un ejemplo de tecnología verde.

Las ventas de enzimas industriales en la actualidad alcanzan los 2.000 millones de dólares americanos anuales, con más de 500 productos para más de 50 aplicaciones principales6. Aproximadamente el 75% de estas enzimas son lo que se denominan enzimas técnicas, utilizadas en detergentes, industria textil, del procesado de almidón y en la producción de alimentos y piensos. Se trata principalmente de enzimas hidrolíticas como proteasas, amilasas, lipasas y celulasas.

Existen otras enzimas "especializadas" que constituyen un 10% del mercado cuyo uso se enmarca en el desarrollo de nuevos fármacos, diagnóstico médico y otros usos analíticos (ej. peroxidasas, esterasas, liasas y oxidoreductasas). De todas las enzimas comercializadas el 60% son producto de la Biotecnología moderna. Otras aplicaciones que se están desarrollando son el uso de enzimas en producción, degradación y biotransformación de productos químicos, alimentos y piensos, productos agrícolas y textiles7.

Sin embargo, a pesar de sus extraordinarias posibilidades sintéticas, las enzimas en muchos casos carecen de ciertas propiedades que resultan imprescindibles para su uso a escala industrial, como son elevada actividad, estabilidad en condiciones de reacción, ausencia de inhibiciones por sustratos o por productos, etc. En otros casos, como las enzimas que se usan para detergentes por ejemplo, se necesitan en grandes cantidades, siendo necesario que su obtención sea económica. Por estos motivos, se hace imprescindible la utilización de las herramientas de ingeniería genética para obtener enzimas que puedan ser utilizadas industrialmente.

Las técnicas de ADN recombinante permiten introducir en un organismo material genético procedente de otros, de modo que es posible expresar determinadas enzimas en microorganismos mediante cultivos celulares. Para obtener una elevada producción de estas enzimas recombinantes es necesario optimizar la expresión mediante un diseño cuidadoso de los genes a transferir, utilizando promotores fuertes y terminadores eficaces, así como otras secuencias potenciadoras que aumenten la transcripción (enhancers). Estas estrategias se llevan utilizando varios años con éxito, existiendo ejemplos como la primera enzima recombinante aprobada para detergentes, una lipasa producida originalmente por el hongo filamentoso Humicola lanuginosa del cual se aisló el gen y se transfirió a Aspergillus oryzae.

Otras técnicas de la ingeniería genética como la mutagénesis dirigida o el DNA shuffling (o barajeo de genes), han permitido obtener enzimas hasta mil veces más estables que la enzima de partida, para determinados procesos industriales en condiciones experimentales definidas.

En la actualidad se está llevando a cabo una nueva revolución en el desarrollo de enzimas, que es la Evolución Dirigida. La Evolución Dirigida constituye una herramienta de la ingeniería de proteínas que consiste en la recreación en laboratorio del proceso natural de evolución mediante la inducción de mutación y/o recombinación genética, de modo que se genere variabilidad. Una vez que esto ocurre se seleccionan aquellas enzimas que resultan más adecuadas y vuelven a someterse a un nuevo ciclo de "evolución". El proceso se repite tantas veces como sea necesario, hasta que finalmente se obtienen las características deseadas. Mediante esta metodología se pueden diseñar funciones enzimáticas nuevas que no habían sido requeridas en ambientes naturales, lo que permite obtener una gama de enzimas que hasta ahora no se conocían.

Las principales contribuciones de la ingeniería genética a la innovación en este campo son la reducción de los costes de fabricación, mediante el incremento en la expresión, y el desarrollo de nuevas enzimas, así como la mejora de sus propiedades.

Por último, es necesario señalar el papel fundamental que tiene el descubrimiento de nuevas enzimas de organismos no cultivables. Es conocido que la gran mayoría de los microorganismos no son cultivables y muchos de ellos crecen poco, por lo que se hace necesario el desarrollo de técnicas que permitan el aislamiento de nuevas enzimas procedentes de estos organismos sin necesidad de cultivarlos. Posee gran interés el aislamiento de enzimas procedentes de microorganismos de ambientes extremos de pH, temperatura, etc., capaces de actuar en estas condiciones, que serán fácilmente incorporables a procesos industriales.

Tecnologías pertenecientes a la tendencia tecnológica I

• T1: Descubrimiento y desarrollo de nuevas enzimas con múltiples aplicaciones.

• T2: Aislamiento, selección y mejora de cepas microbianas para biotransformación y bioproducciónexplotación de la variabilidad natural.

• T3: Nuevos desarrollos tecnológicos para la inmovilización de enzimas y microorganismos.

• T4: Mejoras tecnológicas en la producción, purificación y estabilización de enzimas de uso industrial.

• T5: Automatización en el descubrimiento, desarrollo y screening de actividad de nuevas enzimas y/o microorganismos.

• T6: Desarrollo de técnicas que permitan utilizar enzimas en medios no acuosos.

• T7: Nuevos procesos enzimáticos, microbianos o microbiológicos para biotransformación y producción de compuestos químicos, compuestos quirales y polímeros.

• T8: Biocatálisis para la producción de productos farmacéuticos.

3.2. Tendencia tecnológica II

Bioproducción

Los organismos vivos, ya sean hongos, levaduras, algas, plantas o incluso animales pueden dirigirse y especializarse a la producción de proteínas o metabolitos concretos que tienen aplicaciones en amplios sectores industriales. Las fuentes tradicionales de materias primas para la producción en sectores químico-industriales y energéticos provienen por lo general de la petroquímica, así muchos de los materiales y combustibles que hoy en día utilizamos, y sin los que no podríamos entender las sociedades modernas, provienen del petróleo y sus derivados. De cara al futuro, la producción de materiales y combustibles podrá realizarse a través de materias primas biológicas, bien mediante producción al aire libre (ej. Cultivos y plantas); en grandes fermentadores (ej. microorganismos); o en condiciones de confinamiento (ej. insectos y animales).

Así por ejemplo, el precio y la limitada disponibilidad de materias primas petroquímicas, junto con la necesidad de desarrollar materiales respetuosos con el medio ambiente que sean capaces de suplir nuevas necesidades, han llevado al desarrollo de nuevos materiales poliméricos a partir de materias primas renovables, con propiedades novedosas. Entre estas propiedades se pueden mencionar el desarrollo de materiales que permitan liberación controlada de medicamentos, nutrientes o aromas, órganos híbridos artificiales, envases inteligentes, recubrimientos antiensuciamiento, superficies que permitan la inmovilización de enzimas o receptores, superficies autolimpiables, etc.

Existen distintos ejemplos de polímeros fabricados a partir de materias primas renovables como el almidón o el ácido láctico.

El ácido poliláctico (PLA) es un biopoliéster alifático producido a partir de monómeros de ácido láctico, que se obtienen a partir de la fermentación de azúcares de maíz, remolacha, caña de azúcar, etc. Es uno de los polímeros con mayor potencial en la producción a gran escala de materiales para envases basados en fuentes renovables. Presenta buenas propiedades mecánicas, de apariencia y biodegradabilidad, pero aún necesita ser mejorado.

Otro ejemplo es el desarrollo de una familia de polímeros fabricada a partir de 1,3-propanediol (PDO). Este compuesto se obtiene mediante un proceso de fermentación de azúcares procedentes del maíz como materia prima, que permitirá reemplazar las materias primas petroquímicas en la producción de estos polímeros. En este caso no se trata de un polímero biodegradable, aunque se está desarrollando un polímero similar biodegradable para aplicaciones en productos que requieran esta propiedad, como es el caso de films para empaquetar, etc.

Por último es importante introducir en este capítulo el término de Biorrefinería, que hace referencia a la conversión de biomasa (cultivos agrícolas) en una fuente de energía y de compuestos químicos de alto valor y que, en contraposición con las refinerías petroquímicas tradicionales, genera pocos residuos y tiene bajos niveles de emisiones. Las biorrefinerías disponen de tecnologías biológicas, químicas y físicas para el fraccionamiento de la biomasa, obteniendo al final del sistema de proceso, materiales útiles para infinidad de sectores: construcción, automoción, químico, textil, envasado… y muchos otros. En este sentido, la Plataforma Tecnológica Europea para la Química Sostenible ha publicado recientemente un informe donde se prevé que en el año 2025 el 30% de la materia prima que utiliza la industria química provendrá de fuentes renovables.

Si a lo largo de las próximas décadas se implanta con éxito en Europa el concepto de las biorrefinerías, podríamos asistir a un nuevo modelo de explotación para la agricultura europea, en donde cultivos seleccionados o modificados genéticamente suministrarán materia prima a biorrefinerías locales, del mismo modo que en el siglo XIX y parte del XX los productores agrícolas suministraban materia prima a la industria transformadora agroalimentaria local —al fin y al cabo, hoy en día, la producción agrícola en muchas ocasiones está deslocalizada de las zonas de transformación alimentaria. De ser cierto este escenario, la ubicación de biorrefinerías generará enormes oportunidades a las regiones y/o CC.AA. que favorezcan su implantación, ya que todo el valor añadido de la producción y la transformación se quedará en una misma localidad.

Tecnologías pertenecientes a la tendencia tecnológica II

• T9: Ingeniería metabólica: aplicación de la biología de sistemas para la modelización y producción de metabolitos concretos.

• T10: Desarrollo de nuevos procesos de producción de polímeros por medio de procesos químicos tradicionales a partir de materias primas renovables (ej. glucosa).

• T11: Producción eficiente y rentable de plásticos y materiales biodegradables en microorganismos y/o plantas (ej. ácido poliláctico).

• T12: Desarrollo de métodos biotecnológicos para producir materiales de recubrimiento.

• T13: Desarrollo de tecnologías de producción de nanofibras de base biológica para aplicaciones en materiales, fibras textiles y otros.

• T14: Identificación, aislamiento, purificación y expresión de enzimas industriales por tecnologías de alto rendimiento.

3.3. Tendencia tecnológica III

Genómica

Las investigaciones tradicionales en Biología Molecular, que permiten conocer los procesos de la vida a nivel molecular, han ido avanzando de manera significativa, hasta el punto de que hoy en día se puede estudiar de forma conjunta la dotación genética de un organismo, su evolución y su interacción con el medio ambiente. La Genómica permite estos estudios holísticos, que aplicados a la Biotecnología industrial o energética nos acerca a comprender los mecanismos moleculares responsables de la transformación o la producción de cualquier producto de interés, y por ende, a dirigir y optimizar dichos procesos industriales. Las tendencias anteriormente descritas de Biotransformación y Bioproducción dependerán en gran medida de los desarrollos que la Genómica aporte en los próximos años.

Bajo el nombre genérico de tecnologías genómicas o de aplicación al estudio del genoma, incluimos todas aquellas disciplinas que estudian los distintos productos resultantes de la expresión de los genes, y que pueden ayudar a definir el estatus bioquímico de la célula u organismo de interés industrial o energético. Estos productos incluyen todos los pasos subsiguientes en la expresión génica como ARN, proteínas y metabolitos. Así, a las áreas científicas que estudian el conjunto de dichos productos se les denomina Transcriptómica, Proteómica y Metabolómica respectivamente.

El conocimiento de la secuencia genética completa y su representación en mapas genómicos es sin duda el primer paso para comprender las funciones y los mecanismos de actuación de genes con interés para su explotación en sectores industriales y energéticos. Así por ejemplo, se han secuenciado ya parcialmente los genomas de bacterias responsables de:

• i) la producción de nuevas celulasas (enzimas) capaces de convertir la biomasa en azúcar como precursor del bioetanol;

• ii) la lixiviación del cobre para mejorar y optimizar la extracción biológica de este mineral;

• iii) procesos industriales de transformación en condiciones de temperatura o pH extremos.

A principios del siglo XXI el coste medio de secuenciación de un genoma humano rondaba los 24 millones de $, constituyendo el coste una barrera casi infranqueable para aplicar genómica a la Biotecnología industrial y energética. Sin embargo, hoy en día, en el año 2006, existe tecnología que puede permitir una reducción considerable de este coste por debajo del millón de $ o incluso algunas previsiones sitúan el coste de secuenciación de un genoma completo en 1.000$ para el año 2010, aunque estas previsiones se antojan optimistas. En cualquier caso, todos estos desarrollos para salud humana conseguirán disminuir considerablemente los costes de secuenciación de genomas bacterianos de interés industrial y energético.

Las grandes aplicaciones que se están viendo favorecidas por el desarrollo de la Genómica y el abaratamiento de la secuenciación de genomas son la Biología de Sistemas y la Biología Sintética.

La Biología de Sistemas busca la integración de diferentes niveles de información con el objetivo de comprender cómo funcionan los sistemas biológicos, a diferencia de la ciencia tradicional, que tan solo se centra en sus componentes moleculares básicos. Así por ejemplo existen diversas empresas que a través de una extensa base de datos de diversos microorganismos (E. coli, S. cerevisiae y A. thaliana) han integrado los datos relativos a sus genomas, proteomas y metabolomas, para obtener L-Metionina (suplemento alimentario en piensos animales) mediante el diseño de nuevas rutas biosintéticas.

La Biología Sintética consiste en la generación de organismos nuevos, sintéticos, que dispongan del número mínimo de genes para hacer las funciones básicas, más aquellos que nos interesen para producir o transformar productos industriales o energéticos. El instituto de J. Craig Venter (líder del proyecto privado de secuenciación del Genoma Humano) trabaja en la actualidad en el diseño de bacterias genéticamente programadas para degradar dióxido de carbono y otras sustancias tóxicas para el medio ambiente, así como para la producción de hidrógeno como fuente de energía.

Tecnologías pertenecientes a la tendencia tecnológica III

• T15: Secuenciación del genoma completo de microorganismos de interés industrial.

• T16: Realización de mapas genéticos de microorganismos de interés industrial.

• T17: Creación de bibliotecas genómicas funcionales de microorganismos de interés industrial.

• T18: Desarrollo de tecnologías que permitan la evolución dirigida de enzimas, genes y organismos (ej. molecular breeding y DNA shuffling).

• T19: Establecimiento de librerías de metagenomas microbianos para el desarrollo de nuevas enzimas y metabolitos.

• T20: Biología sintética: cromosomas artificiales que conforman microorganismos con aplicaciones industriales y energéticas.

• T21: Sistemas de expresión y purificación de proteínas que permitan el escalado eficiente de la producción y ensayos funcionales de alto rendimiento.

• T22: Sistemas de control de expresión de múltiples genes para ingeniería metabólica y producción de sistemas enzimáticos complejos.

• T23: Nuevas herramientas de identificación de funciones y bioactividad enzimática a partir de la estructura tridimensional.

3.4. Tendencia tecnológica IV

Biocombustibles

No cabe duda de que una prioridad de la mayoría de las economías europeas y norteamericana radica en la disminución de la dependencia energética del exterior y, en particular, del petróleo.

La utilización de biomasa como materia prima para la obtención de energía ofrece múltiples ventajas, principalmente debido a su bajo coste y a su disponibilidad. Se estima que la producción mundial de biomasa anual es aproximadamente 170 miles de millones de toneladas, de las cuales tan solo un 7% se utiliza con fines energéticos.

Actualmente la mayor parte de la biomasa que se usa para producción de energía se consume por combustión directa, pero es posible obtener gran diversidad de productos que se adaptan a todos los campos de utilización actual de los combustibles tradicionales, incluyendo la producción de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos.

El pasado mes de diciembre de 2005 la Comisión Europea presentó el Plan de Acción sobre la Biomasa, en el que se establecen medidas para incrementar el uso de la biomasa en tres sectores que son calefacción, electricidad y transporte, junto con medidas transversales que se refieren al suministro de biomasa, financiación e investigación en materia de biomasa.

Dentro de este plan de medidas destacan aquellas encaminadas a potenciar el uso de biocarburantes o biocombustibles, incluyendo la utilización de subproductos animales para la producción de biogás y biodiesel.