Biología Sintética: la próxima frontera del foodtech

La Biología Sintética, disciplina emergente dentro de la rama de la biotecnología aplicada a la alimentación, está llamada a revolucionar esta industria con un objetivo: generar alimentos suficientes para una población mundial en crecimiento.

Alimentar a los 10.000 millones de personas que alcanzará el planeta en 2050 es uno de los desafíos más grandes a los que se ha enfrentado la Humanidad. Superar este reto requiere que la producción mundial de alimentos aumente un 70% en 28 años. Con las prácticas y recursos agrícolas actuales, ese crecimiento se antoja difícil y ecológicamente cuestionable. Incrementar tanto la productividad como la calidad nutricional precisa de soluciones innovadoras. La Biología Sintética (BioS) es una rama de la biotecnología que, a pesar de su juventud, ofrece un gran potencial para revolucionar la forma en que producimos alimentos.

Si bien en fase incipiente – su desarrollo, en alimentación, no ha salido todavía del laboratorio – y con mucho camino por recorrer en regulación y percepción del consumidor, su potencial y primeros resultados hacen que sean muchas las esperanzas puestas en esta disciplina que aplica los principios de la ingeniería moderna a los sistemas biológicos. No en vano en 2011 ya fue elegida como una de las ‘ocho grandes tecnologías’ – junto con Big Data, Robótica o Medicina regenerativa.

Actualmente, unas 700 organizaciones desarrollan investigaciones de Biología Sintética en 40 países, y más de 350 empresas (con un valor de mercado en 2016 de $3.900 millones).

¿Qué es la Biología Sintética?

La Biología Sintética (BioS) es una tecnociencia que se enfoca en la comprensión, diseño y construcción de nuevos sistemas vivos y sus componentes; desde genes, proteínas o partes de una célula, hasta organismos vivos y comunidades artificiales de microorganismos. Su objetivo es controlar la complejidad para generar sistemas biológicos sintéticos (Sistemas-BS), que realicen funciones de interés distintas o mejores a las que existen en la naturaleza. En definitiva, la Biología Sintética implica la creación de nuevos sistemas vivos mediante la síntesis y el ensamblaje de componentes artificiales y/o naturales y converge con otras disciplinas como la nanotecnología o las tecnologías de la información.

Aunque procede del mismo mundo, se diferencia de la modificación genética en que ésta inserta una pieza de ADN ajeno en los organismos huéspedes para producir las características deseadas, mientras que la Biología Sintética crea nuevos sistemas vivos mediante ingeniería genética. También recuerda a algunas de las técnicas que hemos comentado aquí, como  la fermentación de precisión. Sin embargo, mientras que esta última utiliza la ingeniería genética para generar una molécula ya conocida, la Biología Sintética crea algo totalmente nuevo. Esta disciplina “rompe completamente las fronteras, porque permite hacer cualquier cosa, incluso genes que expresen moléculas que no existen en la naturaleza y que no hemos sido capaces de encontrar” destaca Inés Echeverría, directora de I+D de CNTA.

Esta disciplina supone la síntesis de sistemas complejos, basados (o inspirados) en la biología, que desarrollan propiedades que no existen en la naturaleza y son capaces de realizar funciones de interés industrial.

Es lo que hace la californiana Debut Biotech, una “plataforma de biofabricación de próxima generación” – según su propia definición – que utiliza técnicas de biología sintética para fabricar ingredientes complejos. A partir de un proceso de extracción y fijación de las enzimas de la célula, convierten materias primas de bajo valor, como la glucosa, en ingredientes de alto valor. La aplicación de Biología Sintética amplía el potencial de la biofabricación, al acelerar y rentabilizar el proceso, según los fundadores de la startup, por lo que supone una herramienta complementaria a la fermentación tradicional. En septiembre de 2021, Debut Biotech cerró una ronda de financiación (Serie A) de $22,6 millones.

Aplicaciones de la Biología Sintética en la industria agroalimentaria

Cerca del 60% de los insumos físicos en la economía global se podrían producir aplicando Biología Sintética, según un estudio de McKinsey. 

La producción de fármacos, alimentos, biocombustibles, energía, químicos para la industria y nuevas terapias médicas se cuentan entre sus aplicaciones potenciales.

En lo que atañe a las aplicaciones específicas de la Biología Sintética en el sector agroalimentario, las investigaciones van en la línea de: 

• Mejorar el rendimiento y la resistencia de los cultivos a sequías, plagas y enfermedades.
• Mejorar las características de la microbiota para enriquecer el suelo.
• Reducir la demanda de fertilizantes mediante una mejora en la absorción de los nutrientes por parte de las plantas y la producción de nutrientes adicionales.
• Aumentar el valor nutricional de los cultivos y mejorar los ingredientes finales, por ejemplo eliminando alérgenos.
• Mejorar el control del producto alimentario a través del desarrollo de biosensores hipersensibles, capaces de detectar cantidades ínfimas de patógenos o contaminantes.
• Utilizar los organismos fotoautótrofos como fábricas autónomas para la producción de biofármacos, biocombustibles y otros compuestos de interés comercial.
• Desarrollo de la agricultura celular: producción de lácteos, carne o huevo sacando a los animales de la ecuación.
• Producción en microorganismos (bio-factorías) de químicos de interés industrial, como vainilla y ácidos grasos.
• Desarrollo de biosensores para detectar moléculas de interés, como patógenos, parásitos o contaminantes, tanto en los alimentos como en las plantas o el suelo, para su eliminación o para aplicar tratamiento y realizar el seguimiento.

Biología Sintética: una oportunidad multidisciplinar

Aunque la Biología Sintética está en fase incipiente y, por el momento, estas aplicaciones se pueden percibir más como una lista de deseos que un catálogo real, no hay que olvidar que las disciplinas científico-técnicas en las que se basa avanzan a una velocidad exponencial y su acercamiento a la industria puede ser más rápido que lo que hemos visto en otras técnicas como la agricultura celular. 

Al igual que ocurre con la biotecnología, la Biología Sintética es una disciplina a seguir muy de cerca desde la industria agroalimentaria: pertenece al grupo de especialidades que se espera tengan un impacto positivo a medio plazo en alimentación y nutrición. “Es un tren que no debemos perder” afirma Inés Echeverría. Más bien al contrario: el sector debe estar alerta y aprovechar las ventajas, sin obviar que las oportunidades de desarrollo científico, tecnológico, social y económico que plantea implican riesgos y retos que es necesario resolver.

“La incorporación de talento en algunas especialidades necesarias en BioS es también un reto hoy en día: que la oferta universitaria se adapte es clave para su desarrollo” apunta Inés Echeverría.

Como vemos, la Biología Sintética se nutre de una amplia gama de metodologías de diversas disciplinas, como la biotecnología, la ingeniería genética, la biología de sistemas, la biofísica, la ingeniería química, la ciencia de datos y el análisis computacional, disciplinas que en el formato educativo actual se imparten por separado. Con el objetivo de contribuir a la formación de expertos que reúnan estas ramas del conocimiento, CNTA y UPNA crearon a principios de 2021 la Cátedra de Biología Sintética, cuyo objetivo es impulsar el desarrollo y formación de los estudiantes de los grados de Ciencias, Biotecnología y Ciencia de Datos de la ETSIAB, a través de grupos multidisciplinares. Además, la Cátedra busca acercar a la universidad las necesidades de la industria y trabajar coordinadamente. En su primer año de andadura, alumnos de la Cátedra han conformado un equipo y están preparándose para participar en la edición 2022 de iGEM, competición internacional de aplicaciones de Biología Sintética promovida por el MIT, con un proyecto de valorización de subproductos agroalimentarios.

Cuestiones pendientes

El éxito de la Biología Sintética dependerá además – más allá de los desafíos de índole científica que plantea el desarrollo de esta disciplina – de que como sociedad global seamos capaces de: 

• Garantizar la seguridad en su aplicación.
• Desarrollar una regulación internacional que permita a la investigación dar el salto a la fase industrial.
• Lograr que el impacto ambiental y en la biodiversidad sea mínimo, así como garantizar la convivencia entre biología sintética y agricultura ecológica.
• Y, muy especialmente, abordar cuestiones éticas y conseguir que la percepción del consumidor, generalmente reacio ante la disrupción, sea favorable.

Desplegar un proceso de investigación responsable, lograr el equilibrio entre riesgos y beneficios percibidos y aprender de otros procesos también muy disruptivos, como el que vive en la actualidad el desarrollo de la carne cultivada, pueden contribuir a resolver los puntos de conflicto en el camino hacia el éxito.

Fuentes: 

1. BioS: Biología Sintética. Publicado en INCyTu; N.º 21.
2. Debut Biotech is creating next-gen ingredients through ‘cell-free biomanufacturing’
3. La biología sintética y sus promesas por cumplir (Synthetic biology and its promises), por José Manuel de Cózar Escalante, Universidad de La Laguna. Publicado en ISEGORÍA. Revista de Filosofía Moral y Política; N.º 55.
4. Biología Sintética, por Jaime Osuna López.
5. Synthetic biology applied in the agrifood sector: Public perceptions, attitudes and implications for future studies, by Shan Jina, Beth Clarka, Sharron Kuznesofa, Xuan Linb, Lynn J. Frewera.
6. The impact of synthetic biology for future agriculture and nutrition, by Marc-Sven Roella and Matias D Zurbriggenb.