Proyecto


La aplicación de la biotecnología en la transformación de los materiales lignocelulósicos es un área de investigación prioritaria a nivel mundial. La necesidad de hacer frente a la creciente demanda energética y de productos químicos, la limitada disponibilidad de los recursos fósiles y el calentamiento global, provocado por la emisión de gases con efecto invernadero, hace necesario el uso de otros recursos de una forma sostenible. En este contexto la lignocelulosa (residuos agrícolas, forestales e industriales y cultivos industriales y energéticos) es una excelente alternativa como materia prima renovable para la producción de bienes de consumo de elevada demanda.
Por otro lado, el conocimiento de los mecanismos enzimáticos y moleculares de la biodegradación de la lignocelulosa ha abierto las puertas a la Biotecnología como alternativa económica y no contaminante para la transformación de los materiales lignocelulósicos. El desarrollo de nuevas técnicas de biología molecular, ingeniería de proteínas, diseño computacional y biología de sistemas, junto con los avances en ingeniería de procesos ha propiciado la mejora de los procesos biológicos con aplicación industrial.
Uno de los campos donde más se ha puesto de manifiesto la contribución de la biotecnología en el desarrollo de procesos industriales más limpios y eficientes, y donde el consorcio científico-tecnológico de los integrantes de la Red ha alcanzado logros de gran relevancia, es en la industria papelera. En ella, la aplicación de xilanasas para el blanqueo de la pasta de papel (biobleaching) es una práctica generalizada que proporciona ahorro en blanqueantes químicos y la consiguiente reducción en el vertido de organoclorados tóxicos. El éxito de la biotecnología en el blanqueo ha sido posible gracias al conocimiento detallado de las enzimas y mecanismos moleculares implicados en la degradación de la hemicelulosa.
Asimismo, los avances en la caracterización de los sistemas enzimáticos implicados en la biodegradación de la lignina, ha permitido constatar el enorme potencial biotecnológico de las enzimas lignolíticas(lacasas y peroxidasas ligninolíticas) en el sector industrial de los productos forestales derivados de la madera. Así por ejemplo, se ha demostrado la elevada eficacia de los sistemas lacasa-mediador para blanquear pastas madereras y no madereras como el lino o el cáñamo (de difícil tratamiento por procesos físico-químicos) así como también para eliminar los depósitos de “pitch”(extraíbles lipofílicos) que se acumulan en las pastas y los circuitos, o para reducir la toxicidad de sus efluentes. Por otro lado, y en consonancia con el concepto de "biorrefinería integrada", se está trabajando en el aprovechamiento de las ligninas residuales generadas durante la fabricación de la pasta de celulosa (para la producción de papel y otros productos). Su polimerización catalizada enzimáticamente es un paso adelante para la obtención de surfactantes o adhesivos a base de lignina.
El enorme potencial de aplicabilidad de las lacasas también se ha puesto de manifiesto en la funcionalización de fibras de celulosa para conferir nuevas propiedades al papel. Conjuntamente al desarrollo de métodos de producción menos contaminantes, la presión social ha propiciado el uso de materias primas alternativas a la madera, tales como el papel reciclado. En este campo, el uso de enzimas (celulasas, xilanasas y lipasas) para el destintado de las fibras celulósicas (deinking) o para la mejora de sus propiedades mecánicas (biorefining) está siendo ampliamente estudiado para mejorar la calidad del papel, aumentar la rentabilidad económica del reciclado, así como para la obtención de nuevos productos industriales.
Las herramientas biotecnológicas desarrolladas a partir del conocimiento de la biodegradación de la lignocelulosa tienen aplicación también en otras industrias como la textil. Baste como ejemplo destacar el empleo de lacasas comerciales para teñir el tejido denimo el desarrollo de celulasas alcalinas para mejorar la rentabilidad del efecto "lavado a la piedra" (biostoning), minimizando los costes energéticos y ambientales. En este sector industrial presenta también gran relevancia el estudio de la degradación microbiana y enzimática de colorantes para el desarrollo de bioprocesos de detoxificación de efluentes. En la industria agroalimentariael estudio de los mecanismos moleculares y enzimas implicadas en la biodegradación de los residuos de la industria aceitera (alperujo), posibilita el aprovechamiento y eliminación de los mismos, minimizando el impacto ambiental de compuestos de elevada toxicidad y difícil degradación.
Por otra parte, la utilización de residuos agrícolas o forestales para su conversión en etanol como combustible de segunda generación, auspiciada por la política energética de la UE (Plan de Acción sobre la Biomasa, 2006), es uno de los principales retos actuales en biotecnología. Sin embargo, la conversión de la biomasa lignocelulósica por hidrólisis enzimática y fermentación a etanol no es todavía una tecnología estándar. El desarrollo de nuevos métodos biotecnológicos que reduzcan la generación de inhibidores durante la etapa de pretratamiento termoquímico de la biomasa, la obtención de enzimas hidrolíticas más eficaces y nuevas cepas de levaduras que puedan llevar a cabo la co-fermentación de pentosas (de las hemicelulosas) y hexosas, o la unificación de las etapas de hidrólisis y fermentación en una misma etapa son objeto de un gran esfuerzo investigador en la actualidad que puede contribuir de forma significativa a la obtención de bioetanol de segunda generación a nivel industrial.