La lignina, una de las principales sustancias de la pared celular de las plantas, supone uno de los mayores obstáculos para la producción de biocombustibles. Su tratamiento y eliminación incrementa el gasto de energía y los costes del proceso. Pero un trabajo dirigido por Jaime Barros (Soutomaior, 1977) ha desvelado nuevas vías implicadas en la producción de este componente que podrían impulsar la fabricación de biocarburantes. La prestigiosa revista Nature Plants se acaba de hacer eco de este hallazgo desarrollado en la Universidad de North Texas, donde el biólogo gallego trabaja desde 2013.
La clave de este hito científico fue determinar el papel de la enzima PTAL, que permanecía "olvidada" desde que el japonés Takayoshi Higuchi realizó los primeros estudios en 1967. El trabajo de Barros reveló su participación en los procesos mediante los cuales las plantas producen compuestos defensivos y también estructurales como es el caso de la lignina, además de alcaloides o pigmentos.
"Esta ruta es importante porque redirige el 30% del carbono que las plantas fijan a través de la fotosíntesis. Se sabía que algunas plantas tenían esta capacidad, pero no que hubiese una enzima con 'dedicación exclusiva', ni que ésta fuese tan importante en procesos metabólicos clave. En nuestro trabajo demostramos las reacciones químicas que cataliza y su función biológica, pero todavía se desconoce su estructura precisa o en qué tipo de células realiza su función", explica Barros.
Para llegar a esta conclusión, el biólogo utilizó como modelo Brachypodium, una hierba de rápido crecimiento cuyo genoma fue descifrado en 2010 y en la que identificó la enzima PTAL [fenilalanina /tirosina amonio liasa]. El siguiente paso consistió en purificarla in vivo en una bacteria -E. coli- y clonarla hasta llegar a concluir su papel fundamental en la biosíntesis de lignina.
"Clonar es básicamente hacer múltiples copias de un fragmento de ADN que codifica una proteína de interés en un determinado proceso metabólico de un organismo. Son experimentos controlados y estas técnicas nos permiten hacer avanzar el conocimiento de forma precisa y rápida en la biología y la medicina modernas", subraya.
Gracias a estos estudios, Barros ha podido determinar que la enzima PTAL procesa casi la mitad de la lignina que producen las plantas monocotiledóneas, entre las que se encuentran los tres mayores cultivos del mundo: trigo, arroz y maíz.
"Teniendo en cuenta que los únicos cultivos bioenergéticos usados industrialmente hoy en día son plantas monicotiledóneas y que la lignina es el principal limitante para hacer económicamente viable la producción de combustibles celulósicos, nuestro trabajo supone un avance bastante importante", destaca.
De esta forma, sus resultados podrían aplicarse a la generación de plantas con menos lignina y, por tanto, más fácilmente procesables para producir biocombustibles o forraje para ganado. Pero no sería la única utilidad del hallazgo, pues esta nueva vía hace posible también desarrollar productos biológicos de origen vegetal.
"La lignina es un hidrocarburo natural bastante denso, no podemos olvidar que el petróleo está constituido por restos de plantas almacenados en el subsuelo durante millones de años. Actualmente, en las fábricas de pasta de papel, por ejemplo, la lignina es un residuo que se quema para producir calor y empezamos a pensar que éste es un uso poco eficiente y que se pueden obtener otros productos de mayor valor añadido. Por eso, otra aplicación interesante sería expresar PTAL en plantas o en bioreactores de células para producir materiales renovables con cualidades optimizadas para determinados procesos industriales", revela Barros.
Además esta misma enzima, al ser multifuncional, podría ser utilizada directamente en la industria bioquímica para obtener tres productos -los ácidos cinámico, cumárico y cafeico- de forma más eficiente y sostenible de la que se realiza actualmente.
El proyecto sobre la PTAL está financiado por el departamento de Energía de EE UU y la propia Universidad de North Texas. Una vez obtenido su doctorado por la Universidad de Vigo y tras realizar estancias en Minnesota, São Paulo y la ciudad sueca de Umea, Jaime Barros inició esta investigación en la universidad estadounidense gracias a una beca de la Barrié. Su objetivo era trabajar en el laboratorio de Richard Dixon, uno de los científicos más valorados internacionalmente en ciencia vegetal.
Desde su llegada a EE UU, el biólogo de Soutomaior ha estudiado las proteínas implicadas en los procesos de formación de la lignina, cuya reducción o eliminación facilita el acceso a los polisacáridos, los elementos necesarios para la producción de los biocombustibles, además de hacer que las especies vegetales de las que se alimenta el ganado resulten más digestibles y redunden en un mejor rendimiento y calidad de la leche.
