“La beca Beatriu de Pinós me ofrece la oportunidad de implicarme en un proyecto de investigación en el escalado de bioprocesos y con potencial de transferencia de tecnología”
El Dr. Marçal Gallemí Rovira ha obtenido una de las prestigiosas becas Beatriu de Pinós de la Generalitat de Catalunya, concedida a través de la Agencia de Gestión de Ayudas Universitarias y de Investigación – AGAUR, para llevar a cabo en IQS el proyecto Rhamnoalga, con el objetivo de implementar nuevas aplicaciones biotecnológicas de microalgas mediante la ingeniería metabólica y las tecnologías de biocatálisis. Así, este proyecto contribuye a una economía verde y sostenible, utilizando recursos renovables para producir variantes de ramnolípidos puros, unos productos muy valorados en muchos sectores industriales por su aplicación como biosurfactantes. El escalado de esta producción de ramnolípidos se llevará a cabo en la planta piloto de bioprocesos que se encuentra en el CTPTI de IQS.
Hablamos con el Dr. Marçal Gallemí y su supervisor, el profesor de IQS Dr. Pau Leivar, de su incorporación al Grupo de Química Biológica y Biotecnológica – GQBB y el proyecto que llevará a cabo.
Marçal, ¿cuál ha sido tu trayectoria como investigador? ¿Siempre has investigado el mundo de las plantas?
¡Pues sí! Hace mucho tiempo que trabajo con plantas, es una forma sostenible de conseguir productos de interés con bajo coste medioambiental. Hice el doctorado en Biotecnología en el Centro de Investigacion en Agrigenómica – CRAG, un consorcio entre el CSIC, la UB y la UAB, donde trabajé con Arabidopsis thaliana, una planta de la familia de las brassicas, muy extendida y de gran interés en investigación. Se trata de una planta muy conocida científicamente, por ser muy fácil de cultivar y proporcionar muchas semillas. Además, fue la primera planta de la que secuenció su genoma.
Siguiendo en la misma línea, hice después dos estancias postdocrales, la primera en Viena, en el GMI – Gregor Mendel Institute of Molecular Plant Biology, donde trabajé en el difícil balance entre sistemas de defensa contra patógenos y el crecimiento de la planta, sobre todo en relación con una hormona de crecimiento, los brassinoesteroides, que también es muy relevante para la planta en casos de estrés. Después, hice un segundo postodc más largo en el Institute of Science and Technology d’Austria – ISTA, donde trabajé con la auxina, otra hormona muy importante para el desarrollo de las plantas. Específicamente, me centré en cómo esta hormona regula el crecimiento y la elongación de tejidos en la planta, modificando la pared celular.
Mi trabajo siempre había sido en investigación muy básica, con modelos de plantas de laboratorio sin aplicación concreta, y yo tenía muchas ganas de utilizar mis conocimientos y experiencia para hacer una ciencia algo más aplicada. Conocía al Dr. Pau Leivar porque coincidimos en el CRAG, y conocía su línea de investigación más aplicada en IQS, con algas fotosintéticas y concretamente con la Chlamydomonas reinhardtii.
Contactamos, hablamos de la investigación en biosurfactantes y de este proyecto que empezaba para la producción de ramnolípidos a partir de algas… ¡Y aquí estamos!
¿Qué son concretamente los ramnolípidos?
Marçal G. Se trata de unos productos formados por una parte lipídica y por un azúcar, con muchas aplicaciones de interés: son biotensioactivos que se utilizan, entre otros, para sistemas de bioremediación, o potencialmente se pueden utilizar para estabilizar nanopartículas y facilitar su función de
La aplicación más clara es actualmente su utilización como tensioactivos – biosurfactantes. Son muy interesantes porque son biodegradables, al contrario que los surfactantes que se utilizan de forma genérica en el mundo industrial, en limpieza de equipos, por ejemplo. Producirlos químicamente es muy costoso: se deben sintetizar el lípido y el azúcar por separado y después juntarlos.
Existe actualmente un proceso de obtención industrial de los ramnolípidos a partir de la bacteria Pseudomona aeruginosa, pero esta tiene el inconveniente de ser patogénica para los humanos, especialmente para personas inmunodeprimidas, a la vez que produce también ciertas toxinas. Todo esto, obliga a trabajar en laboratorios de tipo II durante su producción, para garantizar la ausencia de problemas de salud derivados de su producción, tanto para los trabajadores como para los consumidores, cosa que encarece mucho el proceso.
Pau L. A pesar de todo esto, los surfactantes son industrialmente necesarios. Por tanto, su mercado presenta un claro interés en este momento, mirando de sustituir los actuales por los ramnolípidos, más respetuosos con el medio ambiente.
Y aquí es donde entra vuestro proyecto.
Marçal G. Sí, el proyecto se llama Rhamnoalga y tiene el objetivo de producir unos biosurfactantes- los ramnolípidos – a partir de algas. Es una línea de investigación en la que ya hace tiempo que trabajan el Dr. Pau Leivar y el Dr. Antoni Planas en el grupo GQBB, grupo al que me sumo yo ahora con este proyecto. Se trata de aprovechar la capacidad que tienen las algas para producir glicolípidos de forma natural, más segura y ecológica. En este caso, trabajamos con la microalga Chlamydomonas reinhardtii, un alga acuífera muy fácil de cultivar. Ya se ha hecho una prueba de concepto para obtener ramnolípidos a partir de esta alga, ahora se trata de mejorar el proceso y escalarlo.
“Con el proyecto Rhamnoalga queremos producir biosurfactantes a partir de algas, de manera natural, segura y ecológica”
¿Cómo funciona una producción a base de microalgas?
Marçal G. Las microalgas son sin duda una opción que permite producir muchas sustancias de manera más limpia y natural, con una minimización clara de residuos generados que, aun en el caso de producirse, se pueden eliminar de forma natural (las algas son consideradas elementos seguros en términos ambientales).
Pau L. En el ámbito de investigación, las hacemos crecer en el laboratorio de forma controlada, con condiciones de crecimiento muy concretas y que permiten estudiar, de forma estable, su producción. De momento, tenemos incubadoras con luz fotosintética y las hacemos crecer en erlenmeyers. En algún momento, pasaremos a escala de bioreactor.
En el caso concreto de la producción industrial de biosurfactantes, la dificultad de trabajar con una variante patogénica como la Pseudomona aeruginosa, que es la actualmente implantada, provoca que en la industria haya mucho interés por encontrar o generar otras cepas de microorganismos, donde se pueda transferir la producción de ramnolipidos. En este sentido, hay otras especies de pseudomonas, que no son patogénicas, y con las que alguna empresa ya ha generado líneas donde han introducido metabolismos de ramnolípidos para producir estas especies.
¿Qué novedad aporta vuestro proceso?
Marçal G. Desde el GQBB queremos darle una vuelta e ir más allá y conseguir un microorganismo que sea fotosintético y que, a diferencia de otros microorganismos, tenga esta capacidad de absorber el CO2 y convertirlo en biomasa y en productos de interés. Este es uno de los grandes valores de los organismos fotosintéticos: la fuente de carbono no es un azúcar o un ácido orgánico, es el propio CO2 que se incorpora al medio de cultivo, y requiere una fuente de luz (que puede ser la natural) para activar la fotosíntesis, proceso por el cual la célula transforma la energía lumínica en energía bioquímica. Con todo esto, se reduce el coste del proceso y la huella de carbono.
“Desde el GQBB queremos ir más allá y conseguir un microorganismo fotosintético capaz de asimilar el CO2 y transformarlo en biomasa o en productos de interés”
Pau L. La prueba de concepto se realizó en la tesis doctoral de Bernat Miró, en la que comprobamos que, efectivamente, las algas son capaces de producir los ramnolípidos que deseamos. Y ahora, el proyecto Rhamnoalga que lidera Marçal tiene como objetivo optimizar esta producción y escalarla, para conseguir el siguiente paso que será la obtención de ramnolipidos a escala industrial.
Marçal G. Es el momento de, comprobado que el sistema de obtención a partir de microalgas funciona, pasar, en primer lugar, a optimizar el bioproceso (mejorar las cepas de esta microalga para mejora el rendimiento de producción), para después escalar la producción y hacerla rentable económicamente.
“Es el momento de mejorar este proceso que funciona, escalarlo y hacerlo rentable”
Marçal, ¿qué representa para ti haber conseguido esta beca Beatriu de Pinós?
El impacto de esta beca es muy favorable, ¡no puedo estar más contento! Se trata de una beca de tres años y una de las mejores del Estado, que me permitirá consolidarme ya como investigador y de manera permanente. Es el paso previo a ser investigador principal. Llego en un momento de consolidación del proyecto, con unas bases establecidas muy sólidas, con una beca que me permite hacer una investigación muy aplicada, como yo quería, cubriendo diferentes etapas: la de obtención de las microalgas mejoradas genéticamente, la mejora del bioproceso del producto de interés – en este caso, el ramnolípido – y la producción del mismo en una escala media/grande.
“Gracias a la planta piloto de bioprocesos de IQS, tenemos la oportunidad de escalar esta producción de ramnolípidos a partir de microalgas”
Por eso, gracias a este postdoc, y a IQS que dispone de la planta piloto de bioprocesos, tengo la oportunidad de poner a punto el escalado de esta producción de ramnolípidos, que representa un gran valor añadido a mi formación. Esta beca Beatriu de Pinós, y este proyecto en concreto, me dan una visión muy amplia, desde formación académica y supervisión a estudiantes, hasta hacer investigación con la oportunidad de implicarme en este proyecto con potencial para transferencia de tecnología. Cambiaré mi línea de investigación básica a otra mucho más aplicada, tal y como deseaba, ¡y eso me pone muy contento!
Finalmente, Pau, ¿qué representa la incorporación de Marçal al grupo GQBB?
Estamos muy contentos de su incorporación a nuestro grupo, al Laboratorio de Bioquímica y a la unidad de Biotecnología con microalgas. Un investigador como Marçal, con su trayectoria y su experiencia, será un gran impulso para el proyecto, con aportaciones y discusiones de temas clave. Además, con su forma de “vivir la ciencia”, seguro que repercutirá muy positivamente en los otros investigadores y estudiantes.
Esta será su aportación en IQS, pero también hemos de considerar que ha conseguido una beca Beatriu de Pinós, un contrato altamente competitivo que tiene como finalidad incorporar a los investigadores al sistema de investigación catalán. Por tanto, el investigador puede consolidar su trayectoria de investigación y profesional de forma muy sinérgica: Marçal debe ganar mucha experiencia en investigación orientada, pero también en docencia y en transferencia de tecnología, y debe salir reforzado de esta experiencia.