Durante decenas de miles de años, los seres humanos confiaron en la naturaleza para que les proporcionara todo lo que necesitaban para estar más cómodos. Tejían ropa y telas de lana, algodón o seda, y las teñían con colores derivados de plantas y animales. Los árboles proporcionaban el material para construir casas, muebles y accesorios. Pero todo esto cambió durante la primera mitad del siglo XX, cuando la química orgánica desarrolló métodos para crear muchos de estos productos a partir del petróleo. Los polímeros sintéticos derivados del petróleo, coloreados con tintes artificiales, pronto sustituyeron a las fibras naturales en la ropa y los tejidos. Los plásticos sustituyeron rápidamente a la madera y los metales en muchos artículos de consumo, edificios y muebles. Sin embargo, la biología puede estar a punto de vengarse de estos bienes de consumo sintéticos basados en el petróleo. Las normas medioambientales más estrictas y la creciente masa de productos sintéticos no degradables en los vertederos han hecho que los productos biodegradables vuelvan a ser atractivos. La creciente preocupación por la dependencia del petróleo de importación, sobre todo en Estados Unidos, y la conciencia de que las reservas mundiales de petróleo no son ilimitadas son factores adicionales que impulsan a las industrias química y biotecnológica a explorar la riqueza de la naturaleza en busca de métodos que sustituyan a los sintéticos basados en el petróleo.

Toda una rama de la biotecnología, conocida como «biotecnología blanca», se dedica a ello. Utiliza células vivas -de levaduras, mohos, bacterias y plantas- y enzimas para sintetizar productos fácilmente degradables, que requieren menos energía y generan menos residuos durante su producción. No se trata de un desarrollo reciente: de hecho, la biotecnología lleva tiempo contribuyendo a los procesos industriales. Durante décadas, las enzimas bacterianas se han utilizado ampliamente en la fabricación de alimentos y como ingredientes activos en los detergentes para reducir la cantidad de tensioactivos artificiales. Las Escherichiacoli transgénicas se utilizan para producir insulina humana en tanques de fermentación a gran escala, y la primera enzima diseñada racionalmente, utilizada en detergentes para descomponer la grasa, se introdujo ya en 1988. Las ventajas de aprovechar los procesos y productos naturales son múltiples: no dependen de los recursos fósiles, son más eficientes desde el punto de vista energético y sus sustratos y residuos son biológicamente degradables, lo que contribuye a reducir su impacto medioambiental. Utilizando sustratos y fuentes de energía alternativos, la biotecnología blanca ya está aportando muchas innovaciones a las industrias química, textil, alimentaria, de envasado y sanitaria. No es de extrañar, pues, que los académicos, la industria y los responsables políticos se interesen cada vez más por esta nueva tecnología, su economía y su contribución a un medio ambiente sano, lo que podría convertirla en un método creíble para el desarrollo sostenible.

Uno de los primeros objetivos de la biotecnología blanca ha sido la producción de plásticos biodegradables. En los últimos 20 años, estos esfuerzos se han concentrado principalmente en los poliésteres de 3-hidroxiácidos (PHA), que son sintetizados naturalmente por una amplia gama de bacterias como reserva de energía y fuente de carbono. Estos compuestos tienen propiedades similares a las de los termoplásticos sintéticos y los elastómeros, desde el propileno hasta el caucho, pero son completa y rápidamente degradados por las bacterias en el suelo o el agua. El PHA más abundante es el poli(3-hidroxibutirato) (PHB), que las bacterias sintetizan a partir del acetil-CoA.Al crecer sobre la glucosa, la bacteria Ralstonia eutropha puede acumular hasta el 85% de su peso seco en PHB, lo que convierte a este microorganismo en una fábrica de bioplásticos en miniatura.

Una de las principales limitaciones para la comercialización de estos plásticos bacterianos ha sido siempre su coste, ya que su producción es entre 5 y 10 veces más cara que la de los polímeros derivados del petróleo. Por lo tanto, se han realizado muchos esfuerzos para reducir los costes de producción mediante el desarrollo de mejores cepas bacterianas, pero recientemente ha surgido una alternativa potencialmente más económica y respetuosa con el medio ambiente, a saber, la modificación de plantas para sintetizar PHA. Una pequeña cantidad de PHB fue

producidos por primera vez en Arabidopsisthaliana tras la introducción de genes de R. eutropha que codifican dos enzimas esenciales para la conversión de acetil-CoA en PHB (Poirier et al., 1992). Posteriormente, Monsanto (St Louis, MO, USA) mejoró este proceso en 1999. Aunque esta nueva ola de polímeros tiene un enorme potencial, el momento de su evolución es incierto. Tras el entusiasmo inicial, Monsanto y AstraZeneca (Londres, Reino Unido) abandonaron estos proyectos por cuestiones de costes. «Producir biopolímeros a partir de plantas es un reto científico prometedor y fascinante», afirma Yves Poirier, del Laboratorio de Biotecnología Vegetal del Instituto de Ecología de la Universidad de Lausana, Suiza. Cree que las empresas son reacias a llevar a cabo estos proyectos porque necesitan inversiones a largo plazo que no se ajustan a los calendarios financieros y temporales de las empresas. «Todavía hay que introducir modificaciones genéticas en las plantas para mejorarlas», dijo, «y una vez creadas estas plantas, requerirán protocolos específicos de recolección y tratamiento, con respecto a las plantas normales. Todo esto se traduce en fuertes inversiones en nuevas infraestructuras y sistemas de procesamiento y en un tiempo considerable». De ocho a diez años es su estimación aproximada de cuánto tiempo pasará antes de que los PHA producidos por plantas sean económicamente viables.

Los planes para fabricar una camiseta a partir de azúcar de maíz han llegado al mismo punto muerto. Dupont (Wilmington, DE, EE.UU.), la empresa que inventó el nailon, lleva años desarrollando un polímero basado en el 1,3-propanediol (PDO), con nuevos niveles de rendimiento, resistencia y suavidad. La planta de polimerización de Dupont en Decatur, Illinois (EE.UU.) ha conseguido fabricar PDO a partir de azúcar de maíz, un recurso renovable. Pero aunque su polímero a base de maíz, llamado Sorona®, es más respetuoso con el medio ambiente y tiene características mejoradas, depende de nuevo de los mercados para que sea un éxito. «La empresa planea un cambio efectivo de la producción basada en el petróleo a la de base biológica», dijo Ian Hudson, Director Comercial de Sorona® en Dupont, «pero esto sucederá si el proceso económico y las demandas del mercado justifican la transición».

Cargill Dow (Minnetonka, MN, EE.UU.) ha ido un paso más allá. La empresa ha desarrollado un innovador biopolímero, NatureWorks™, que puede utilizarse para fabricar artículos como ropa, envases y mobiliario de oficina. El polímero se deriva del ácido láctico, que se obtiene de la fermentación del azúcar de maíz. Ya se ha introducido en el mercado de forma efectiva y recientemente ha aparecido en las tiendas de comestibles de Estados Unidos como envase para alimentos orgánicos.

Otro producto que podría beneficiarse en gran medida de la biotecnología innovadora es el papel. Gran parte del coste y de la considerable contaminación que conlleva el proceso de fabricación del papel se debe al «krafting», un método para eliminar la lignina del sustrato de madera. La lignina es el segundo polímero más abundante en la naturaleza después de la celulosa y proporciona estabilidad estructural a las plantas. En vista de los importantes beneficios económicos que podrían obtenerse, muchos esfuerzos de investigación se dirigieron a reducir la cantidad de lignina o a modificar la estructura de la lignina en los árboles, preservando al mismo tiempo su crecimiento e integridad estructural. Ya existen árboles modificados genéticamente con estas propiedades (Hu et al., 1999; Chabannes et al., 2001; Li et al., 2003), pero es probable que no se gane dinero con ellos a corto plazo. Aunque la industria papelera podría obtener un beneficio considerable reduciendo los costes de producción, todavía no se ha emprendido ningún proyecto de envergadura en este sentido. Alain Boudet, profesor del Centro de Biotecnología Vegetal de la Universidad Paul Sabatier (Castanet-Tolosan, Francia), identificó dos grandes obstáculos para la comercialización de la madera transgénica. «En primer lugar, los árboles con lignina alterada necesitarán más pruebas sobre su rendimiento real en el campo, fuera del laboratorio, antes de su uso generalizado», explicó. «En segundo lugar, y con mucha más dificultad, será necesario conquistar la aceptación del público a los todavía nuevos organismos transgénicos y a la distribución de productos derivados de ellos».

La biotecnología blanca también se concentra en la producción de energía a partir de recursos renovables y biomasas. El almidón del maíz, la patata, la caña de azúcar y el trigo ya se utiliza para producir etanol como sustituto de la gasolina; el primer coche de Henry Ford funcionaba con etanol. Hoy en día, una parte de los carburantes vendidos en Brasil es etanol puro derivado de la caña de azúcar, y el resto tiene un 20% de contenido de etanol. En Estados Unidos, el 10% del combustible vendido es una mezcla de 90% de gasolina y 10% de etanol. Según el informe de 2001 de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos sobre biotecnología y sostenibilidad industrial, Estados Unidos tiene ahora 58 plantas de combustible que producen casi 6.000 millones de litros de etanol al año.

Pero convertir el almidón en etanol no es el método más eficiente desde el punto de vista medioambiental ni económico, ya que el cultivo de plantas para la producción de etanol implica el uso de herbicidas, pesticidas, fertilizantes, riego y maquinaria. Por ello, empresas como Novozymes (Bagsvaerd, Dinamarca), Genencor (PaloAlto, CA, EE.UU.) y Maxygen (Redwood City, CA, EE.UU.) están explorando vías para obtener etanol específicamente a partir del material celulósico de la madera, la hierba y, de forma más atractiva, los residuos agrícolas. Gran parte de sus esfuerzos se centran en el desarrollo de celulasas bacterianas más eficaces que puedan descomponer los residuos agrícolas en azúcares simples para crear un sustrato crudo más abundante y más barato para la producción de etanol.

Los visionarios ya han empezado a hablar de una «economía de los carbohidratos» que sustituya a la antigua «economía de los hidrocarburos». Sin embargo, «hacer de la biomasa una materia prima eficaz no es un proceso barato», recordó KirstenStær, Directora de Comunicaciones con las partes interesadas de Novozymes. Para poner en marcha la producción de biocombustible sobre una base comercial, junto con el desarrollo de nuevos sistemas de recogida de materias primas y la creación de plantas de producción especiales, será necesario fijar un precio diferente para el biocombustible, comentó. «La estructura de precios de los combustibles fósiles se fija en el mercado mediante marcos normativos. Para que la producción de biocombustibles tenga éxito, será necesario aplicar políticas que introduzcan subsidios a la producción de bioetanol, por ejemplo, o pongan impuestos a la producción de combustibles fósiles», dijo Stær.

Esto no ha impedido que J. Craig Venter fundara el año pasado el Instituto de Alternativas Energéticas Biológicas (IBEA) en Rockville, Maryland (EE.UU.) para abogar por la producción de formas de energía más limpias. El IBEA ha recibido recientemente una subvención de 3 millones de dólares del Departamento de Energía de Estados Unidos, principalmente para diseñar un microorganismo artificial que produzca hidrógeno. Privado de los genes para la formación de azúcar que normalmente utilizan los iones de hidrógeno, este organismo podría dedicar todas sus energías a la producción del exceso de hidrógeno e, idealmente, convertirse en un productor sintético de energía.

La biotecnología blanca también puede beneficiar a la medicina y la agricultura. La vitaminaB2 (riboflavina), por ejemplo, se utiliza ampliamente en los piensos, la alimentación humana y los cosméticos

y tradicionalmente se ha fabricado mediante un proceso químico de seis pasos. En BASF (Ludwigshafen, Alemania), se producen ahora más de 1.000 toneladas de vitamina B2 al año en una sola fermentación. Utilizando el hongo Ashbya gossypii como biocatalizador, BASF consiguió una reducción global de los costes y del impacto medioambiental del 40%. Del mismo modo, la cefalexina, un antibiótico activo contra las bacterias Gram-negativas que normalmente se produce en una larga síntesis química de diez pasos, se produce ahora en un proceso más corto basado en la fermentación en DSM Life Sciences Products (Heerlen, Países Bajos). Sin embargo, la vitamina B2 es sólo una historia de éxito; otras vitaminas y fármacos siguen siendo más baratos de producir con la química orgánica clásica que con la biotecnología blanca innovadora.

No obstante, los beneficios potenciales para el medio ambiente del cambio a las materias primas biológicas y los bioprocesos son sustanciales, piensa Wolfgang Jenseit del Instituto de Ecología Aplicada (Friburgo, Alemania). «Los nuevos procesos de bioproducción sustituyen a las reacciones químicas complejas. Esto, por supuesto, supone un importante ahorro de energía y agua», explica. También beneficia a la atmósfera: el carbono necesario para fabricar bioetanol a partir de biomasa fue secuestrado por las plantas de la atmósfera, por lo que devolverlo quemando etanol no contribuye al calentamiento global, señaló Jenseit. Esto es sin duda una buena noticia para los países que se comprometieron a limitar las emisiones de gases de efecto invernadero al ratificar el tratado de Kioto.

Y se espera que los beneficios económicos sigan. Según la consultora global McKinsey &Compañía, la biotecnología blanca ocupará hasta un 10-20% de todo el mercado químico en 2010, con tasas de crecimiento anual de 11-22 mil millones de euros. Sin embargo, existen enormes diferencias en la forma de gestionar la biotecnología blanca en Europa y en EE.UU., según Jens Riese, asociado principal de McKinsey & Company con sede en Fráncfort. «En primer lugar, la suma global invertida en EE.UU. en el negocio de la biotecnología blanca es de 250 millones de dólares, una suma que supera con creces el total de la inversión europea», dijo. «Probablemente impulsado por una mayor voluntad geopolítica de independizarse de la importación de combustibles fósiles, Estados Unidos ha mostrado una mayor propensión al desarrollo de este tipo de tecnologías. Europa, en cambio, es culturalmente más cautelosa y menos aventurera a la hora de aceptar metodologías innovadoras»

Pero la biotecnología blanca ha despertado interés en Europa. «Hay conciencia de la necesidad de innovar en este sentido», dijoOliver Wolf, responsable científico del Instituto de Prospectiva Tecnológica de Sevilla (España). «Aunque todavía no existe una legislación específica, se están dando pasos importantes hacia la promoción de la biotecnología blanca en Europa». La biotecnología blanca tiene grandes beneficios potenciales, tanto económicos como medioambientales, para una amplia gama de aplicaciones. Se está allanando el camino para su desarrollo, pero sigue siendo una tecnología relativamente joven que tiene que competir con una industria química madura basada en el petróleo que ha tenido casi un siglo para optimizar sus métodos y procesos de producción. No obstante, la creciente preocupación por el medio ambiente y la posibilidad de que el petróleo sea más barato en el futuro convierten a la biotecnología blanca en un serio competidor.