Científicos rastrean la dinámica de la población de levaduras en la producción de bioetanol

En un estudio inédito, científicos de la Universidad de Campinas (Unicamp), en Brasil, en colaboración con pares de la Universidad Harvard, en Estados Unidos, lograron obtener un cuadro detallado del ADN de las levaduras Saccharomyces cerevisiae del bioetanol y visualizar sus modificaciones en el transcurso del proceso de producción, información que puede aportar una mayor estabilidad y previsibilidad, y eventualmente también contribuir al logro de un mayor rendimiento, que es el deseo de todos los productores.

Esto fue posible merced al empleo de nuevas tecnologías como el análisis metagenómico, una técnica con la cual se analiza todo el material genético existente en muestras de un determinado ambiente sin aislar a los distintos organismos. Los resultados salieron publicados en la revista G3: Genes, Genomes, Genetics.

El proceso de fermentación de la caña de azúcar en etanol combustible a gran escala en las aproximadamente 400 biorrefinerías actualmente en actividad en Brasil no está exento de contaminación con microorganismos. Pese a que la levadura Saccharomyces cerevisiae predomina, el ecosistema se ve afectado por factores tales como las variedades de caña de azúcar y las condiciones operativas y climáticas. Asimismo, el reemplazo natural de algunas levaduras por otras sucede sin que se entienda por qué. No se sabía si nuevas levaduras llegan provenientes de ambientes externos a través de vectores tales como aves e insectos.

En el referido trabajo, financiado por la FAPESP, investigadores de la Facultad de Ingeniería de Alimentos de la Unicamp (FEA-Unicamp) y de Harvard rastrearon la dinámica de la población de levaduras en dos biorrefinerías durante dos temporadas de producción (de abril a noviembre de 2018 y 2019).

Aparte de aplicar la técnica de análisis metagenómico y de secuenciar en laboratorio alrededor de 150 clones de esas centrales de producción, los científicos utilizaron como base un estudio europeo publicado en 2018, responsable de la secuenciación de más de mil linajes de Saccharomyces cerevisiae, para construir un árbol filogenético. “El ADN es como se fuese una impresión dactilar”, explica Andreas Gombert, docente de la FEA-Unicamp y autor del estudio. “A través de él logramos identificar a los microorganismos presentes en la fermentación alcohólica.”

“Observamos que, pese a la presencia de linajes invasores y a la naturaleza no aséptica de la fermentación, todos los linajes del bioetanol se agrupan en la misma rama del árbol, es decir que están todos relacionados y pertenecen al ambiente de la fermentación alcohólica. Probablemente por ello, los principales indicadores del proceso permanecieron bastante estables en ambas temporadas de producción.”

También se observó que los cuatro escenarios estudiados son distintos y no existe un estándar reproductible. En una de las biorrefinerías, todos los linajes existentes durante todo el período de producción derivan de uno de los linajes iniciales. En tanto, en la otra, los linajes invasores coparon la población al desplazar al linaje inicial. Otra observación importante indica que las diferencias entre dos períodos de producción consecutivos en una misma biorrefinería son menos significativos que las diferencias observables entre dos unidades industriales distintas.

Los próximos pasos

Con estos resultados en manos, los investigadores pretenden entender la dinámica de las levaduras más detalladamente. A modo de ejemplo: ¿qué adaptaciones hacen a cada linaje más apto para sobrevivir en el ambiente de la fermentación dentro de cada biorrefinería? ¿Por qué otros desaparecen? ¿Cuál es el efecto de agentes externos, tales como las bacterias que contaminan el proceso?

“Para ello pretendemos abocarnos a observar no solamente el ADN de las levaduras sino también el ADN de las bacterias que contaminan el proceso, para luego correlacionar ambas dinámicas”, comenta Gombert. “Es lo que denominamos ecología de la fermentación alcohólica.”