Las bacterias que pueden capturar carbono

Dado que las emisiones globales de gases de efecto invernadero alcanzaron un máximo histórico el año pasado, muchos científicos y líderes mundiales ahora argumentan que se necesitan nuevas tecnologías que puedan capturar carbono y almacenarlo bajo tierra para ayudar al mundo a cumplir sus objetivos climáticos.

Y algunos creen que la naturaleza podría ofrecer una solución poderosa. Los microbios (los organismos minúsculos que se encuentran a nuestro alrededor pero que son invisibles a simple vista) desempeñan un papel vital en la captura de carbono y afectan el clima. Además, también podrían aprovecharse para abordar otros problemas ambientales, como la drástica caída de las poblaciones de polinizadores.

Los científicos han descubierto recientemente un microbio, un tipo de cianobacteria, frente a la costa de una isla volcánica cerca de Sicilia que ingiere dióxido de carbono (CO2) "sorprendentemente rápido".

La isla de Vulcano está rodeada de fuentes hidrotermales submarinas, que son ricas fuentes de CO2. Estos respiraderos están ubicados en aguas poco profundas, lo que significa que están expuestos a la luz solar (a diferencia de los respiraderos en las profundidades del océano). Todo esto ha creado el entorno perfecto para la evolución de microbios que utilizan el CO2 como fuente de alimento.

Los microbios encontrados aquí en septiembre de 2022 son "hipereficientes a la hora de consumir CO2 a través de la fotosíntesis", afirma Braden Tierney, científico de datos centrado en microbiología en la Facultad de Medicina Weill Cornell y la Facultad de Medicina de Harvard, y director ejecutivo del Proyecto Dos Fronteras, que dirigió la investigación. El proyecto fue financiado por la empresa de biotecnología estadounidense Seed Health, que emplea a Tierney como consultor.

Junto con un equipo de investigadores de las universidades de Harvard y Cornell en EE.UU. y la Universidad de Palermo en Sicilia, y con la ayuda de la comunidad Vulcano, Tierney aisló un microbio que convertía el CO2 en biomasa más rápido que otras cianobacterias conocidas. A finales de este año se publicará un estudio que detalla los resultados.

Los científicos descubrieron un tipo de cianobacteria que consume CO2 "sorprendentemente rápido" frente a la costa de una isla volcánica cerca de Sicilia (Crédito Getty Images)

Las cianobacterias son un tipo de bacteria que utiliza la fotosíntesis para obtener energía, capturando carbono en el proceso, y la nueva cepa es "una de las cianobacterias de más rápido crecimiento... jamás reportadas", dice Tierney. Describe a las cianobacterias como "los pequeños alquimistas de la naturaleza", ya que absorben grandes cantidades de CO2 y pueden convertirlo en recursos útiles, como combustibles o plásticos biodegradables.

"Los primeros datos mostraron que [esta nueva cepa] generó un 22% más de biomasa que las otras cepas de más rápido crecimiento que existen", dice Tierney. A medida que se vuelve más denso y pesado, el microbio se hunde en el agua, lo que le ayuda a secuestrar el CO2 que absorbe, afirma.

El potencial de captura de carbono de las cianobacterias ya está ampliamente estudiado. Lo que hace que este descubrimiento sea "realmente notable" es el hecho de que la cepa de cianobacterias puede absorber CO2 a un ritmo tan rápido, dice Helen Onyeaka, microbióloga industrial y profesora asociada de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido.

"Si bien se han investigado los microbios que consumen rápidamente CO2, la tasa de absorción de esta cepa en particular parece incomparable", dice.

Una "base de datos viva"

Este año, Tierney y su equipo también viajaron a las Montañas Rocosas de Colorado en busca de más microbios devoradores de carbono. La región es "un foco de actividad para manantiales carbonatados" y las concentraciones de CO2 disuelto son hasta mil veces superiores a las de las filtraciones volcánicas de Sicilia, según los investigadores. Tierney dice que aquí aislaron cepas de microbios con "niveles de CO2 mucho más altos que los que realmente vimos en Sicilia".

El equipo está creando una "base de datos viva" que estará disponible para otros científicos de todo el mundo, lo que les permitirá emparejar secuencias de ADN con las muestras de bacterias almacenadas y así continuar estudiando los microbios mucho después de las expediciones.

Tierney dice que los hallazgos de Vulcano "están ampliando nuestra visión de miles de millones de años de evolución". Debido a la capacidad de los microbios para adaptarse a diferentes condiciones ambientales y cambios planetarios, se siente "seguro de que en esos procesos evolutivos se encuentran las herramientas que necesitamos para abordar [el cambio climático]".

Las emisiones de los viajes necesarios para informar esta historia fueron 0 kg de CO2. Las emisiones digitales de esta historia se estiman entre 1,2 y 3,6 g de CO2 por página vista.Obtenga más información sobre cómo calculamos esta cifra aquí.

Los científicos dicen que abordar el cambio climático requerirá una captura de carbono a gran escala, que potencialmente podría lograrse mediante nuevas tecnologías o mediante la protección y mejora de los ecosistemas naturales existentes, como bosques, turberas y suelos. El año pasado, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) de la ONU dijo que la captura de carbono es esencial porque incluso grandes recortes de emisiones no serán suficientes para limitar el calentamiento global. Aunque algunos científicos advierten que podría proporcionar a los gobiernos y a la industria una excusa injustificada para evitar los estrictos recortes de emisiones necesarios para abordar el cambio climático.

Tierney dice que las soluciones microbianas deberían aprovecharse para "trabajar en conjunto" con otras tecnologías y sistemas naturales para absorber CO2 de la atmósfera.

El uso de microbios, como cianobacterias y microalgas, para la captura deliberada de carbono "puede ser muy prometedor", afirma Kira Schipper, investigadora del Centro para el Desarrollo Sostenible de la Universidad de Qatar. Crecen mucho más rápido que los cultivos convencionales, lo que significa que capturan más carbono en el mismo período de tiempo, añade.

Otra ventaja es que la biomasa producida por microbios "puede cultivarse en tierras no cultivables y en agua de mar, sin competir así con la producción de alimentos", afirma. La biomasa puede cultivarse en grandes estanques o biorreactores y utilizarse para biocombustibles, fertilizantes, suplementos proteicos y piensos para animales.

Braden Tierney y su equipo descubrieron un microbio que genera un 22% más de biomasa que otras cepas de cianobacterias de rápido crecimiento (Crédito: Seed Health/John Kowitz)

Utilizar microbios para capturar carbono es más rentable que aprovechar tecnologías como la captura directa de aire, afirma Onyeaka.

"Los procesos microbianos generalmente tienen costos operativos bajos en comparación con las intervenciones tecnológicas para la captura de carbono, que a menudo pueden requerir mucho capital", dice. También son "intrínsecamente escalables", ya que los microbios "pueden desplegarse en diversos entornos, desde estanques abiertos hasta biorreactores", añade.

Pero las limitaciones tecnológicas dificultan la ampliación de este tipo de sistemas, afirma Schipper. "Las mejores prácticas para seleccionar las mejores cepas, cultivarlas a gran escala, incluida la maximización de la cantidad de CO2 que se absorbe, y luego cosechar la biomasa, son desafiantes y varían drásticamente entre cepas y ubicaciones". Algunas empresas ya han comenzado a implementar sistemas para capturar CO2 mediante microbios. En Estados Unidos, LanzaTech utiliza bacterias para convertir CO2 en combustibles de aviación y productos químicos utilizados en productos que van desde detergentes para ropa hasta perfumes. La empresa británica CyanoCapture está utilizando cianobacterias para producir biomasa y aceites biológicos.

Microbios medicinales

Los microbios también podrían tener muchos otros beneficios ambientales además de su potencial de captura de carbono. Según un reciente estudio canadiense, por ejemplo, podrían ayudar a revivir poblaciones de abejas moribundas.

Las poblaciones de polinizadores están disminuyendo constantemente en todo el mundo, y EE. UU. experimentó la tasa de pérdida anual más alta de colonias de abejas melíferas entre 2020 y 2021. (Lea más:¿Podemos salvar a las abejas que alimentan al mundo?)

El microbiólogo Brendan Daisley de la Universidad de Guelph en Canadá se propuso combatir este "apocalipsis de los insectos" desarrollando probióticos que mejoran la salud de las abejas.

Al igual que los humanos, las abejas tienen un microbioma y un equilibrio saludable de microbios en su intestino es esencial para su salud general. Los estudios demuestran que los pesticidas y antibióticos están dañando la microbiota de las abejas, impactando su salud.

Esto también está afectando a la producción agrícola y al suministro de alimentos, advierte Daisley. "Es un efecto en cascada", afirma. Según un estudio de 2020, la falta de abejas ya está limitando el suministro de ciertos cultivos, como manzanas, arándanos y cerezas, en 13 estados de EE. UU.

Al atacar las colmenas con probióticos, los científicos pretendían "restablecer el equilibrio microbiano en las abejas", dice Daisley, miembro científico de Seed Health. Junto con un equipo de investigadores de la Western University y el Lawson Health Research Institute en Canadá, entregó tres cepas de probióticos a más de 30 grandes colmenas comerciales en California, utilizando un aerosol y una infusión de polen.

Ambos métodos demostraron ser muy eficaces para protegerse de patógenos bacterianos y fúngicos.

Los probióticos también aumentaron el crecimiento de la urticaria objetivo, dice Daisley.

En asociación con Seed Health, los científicos ahora están desarrollando patentes para las cepas.

Los científicos han demostrado que los probióticos pueden proteger a los patógenos en las colmenas de abejas (Crédito: Getty Images)

Onyeaka advierte, sin embargo, que si bien los avances científicos, como las pruebas de estos probióticos de las abejas y las cianobacterias descubiertas en Vulcano, son prometedores, es importante proceder con cautela.

La introducción de microbios en el medio ambiente en grandes cantidades podría alterar los ecosistemas locales, mientras que el almacenamiento de carbono puede no ser permanente, afirma. "Cuando los microbios mueren, existe la posibilidad de que el carbono se libere nuevamente al medio ambiente a menos que se tomen medidas adicionales".

"Antes de ampliar el uso de cualquier solución microbiana, es imperativo comprender las posibles repercusiones ambientales. Necesitamos asegurarnos de que la cura no sea peor que la dolencia", añade.

Aun así, los científicos tienen la esperanza de que los microbios puedan ayudar a que nuestro planeta sea más saludable y sostenible.

"En comparación con otras soluciones [de captura de carbono], los microbios son infinitamente replicables", dice Tierney. "Si bien no existe una solución milagrosa para abordar el cambio climático, es realmente emocionante encontrar un organismo que sea un motor de alto rendimiento para la captura de carbono".

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