De zeci de mii de ani, oamenii s-au bazat pe natură pentru a le oferi toate lucrurile de care aveau nevoie pentru a se simți mai confortabil. Ei au țesut haine și țesături din lână, bumbac sau mătase și le-au vopsit cu culoriderivate din plante și animale. Copacii au furnizat materialul pentru a construi case, mobilier și accesorii. Dar toate acestea s-au schimbat în prima jumătate a secolului al XX-lea, când chimia organică a dezvoltat metode de creare a multora dintre aceste produse din petrol. Polimerii sintetici derivați din petrol, colorați cu coloranți artificiali, au înlocuit în curând fibrele naturale în haine și țesături. Materialele plastice au înlocuit rapid lemnul și metalele în multe articole de consum, clădiri și mobilier. Cu toate acestea, biologia ar putea fi pe cale să se răzbune pe aceste bunuri de consum sintetice, bazate pe petrol. Reglementările de mediu mai stricte și masa tot mai mare de materiale sintetice nedegradabile din depozitele de deșeuri au făcut ca produsele biodegradabile să devină din nou atractive. Îngrijorările crescânde legate de dependența de importul de petrol, în special în SUA, și conștientizarea faptului că rezervele mondiale de petrol nu sunt nelimitate sunt factori suplimentari care determină industria chimică și biotehnologică să exploreze bogăția naturii în căutarea unor metode de înlocuire a produselor sintetice pe bază de petrol.

O întreagă ramură a biotehnologiei, cunoscută sub numele de „biotehnologie albă”, este dedicată acestui scop. Aceasta folosește celule vii – de la drojdii, mucegaiuri, bacterii și plante – și enzime pentru a sintetiza produse care sunt ușor degradabile,necesită mai puțină energie și creează mai puține deșeuri în timpul producției lor. Aceasta nu este o evoluție recentă: de fapt, biotehnologia contribuie de ceva timp la procesele industriale. Timp de zeci de ani, enzimele bacteriene au fost utilizate pe scară largă în producția de alimente și ca ingrediente active în pulberile de spălat pentru a reduce cantitatea de agenți tensioactivi artificiali. Escherichiacoli transgenici sunt folosiți pentru a produce insulină umană în rezervoare de fermentare la scară largă.Iar prima enzimă proiectată rațional, folosită în detergenți pentru a descompune grăsimile,a fost introdusă încă din 1988. Avantajele exploatării proceselor și produselor naturale sunt multiple: nu se bazează pe resurse fosile, sunt mai eficiente din punct de vedere energetic, iar substraturile și deșeurile lor sunt degradabile biologic, ceea ce contribuie la reducerea impactului lor asupra mediului. Folosind substraturi și surse de energie alternative, biotehnologia albă aduce deja multe inovații în industria chimică, textilă, alimentară, a ambalajelor și a îngrijirii sănătății. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că universitarii, industria și factorii de decizie politică sunt din ce în ce mai interesați de această nouă tehnologie, de economia și de contribuțiile sale la un mediu sănătos, ceea ce ar putea face din ea o metodă credibilă pentru o dezvoltare durabilă.

Unul dintre primele obiective de pe agenda biotehnologiei albe a fost producerea de materiale plastice biodegradabile. În ultimii 20 de ani, aceste eforturi s-au concentrat în principal asupra poliesterilor de 3-hidroxi-acizi (PHA), care sunt sintetizați în mod natural de o gamă largă de bacterii ca rezervă de energie și sursă de carbon. Acești compuși au proprietăți similare cu cele ale termoplasticelor sintetice și ale elastomerilor, de la propilenă la cauciuc, dar sunt complet și rapid degradați de bacterii în sol sau în apă. Cel mai abundent PHA este poli(3-hidroxibutiratul) (PHB), pe care bacteriile îl sintetizează din acetil-CoA.Crescând pe bază de glucoză, bacteria Ralstonia eutropha poate acumula până la 85% din greutatea sa uscată în PHB, ceea ce face din acest microorganism o fabrică de bioplastice în miniatură.

O limitare majoră a comercializării unor astfel de materiale plastice bacteriene a fost întotdeauna costul lor, deoarece producerea lor este de 5-10 ori mai scumpă decât a polimerilor pe bază de petrol. Prin urmare, s-au depus multe eforturi pentru a reduce costurile de producție prin dezvoltarea unor tulpini bacteriene mai bune,dar recent a apărut o alternativă potențial mai economică și mai ecologică, și anume modificarea plantelor pentru a sintetiza PHA-uri. O cantitate mică de PHB a fost

produse pentru prima dată în Arabidopsisthaliana după introducerea genelor R. eutropha care codifică două enzime esențiale pentru conversia acetil-CoA în PHB (Poirier et al., 1992). Monsanto (St Louis, MO, SUA)a îmbunătățit apoi acest proces în 1999. Deși acest nou val de polimeri are un potențial enorm, momentul evoluției sale este incert. După entuziasmul inițial, Monsanto și AstraZeneca (Londra, Regatul Unit) au abandonat aceste proiecte din cauza problemelor legate de costuri. „Producerea de biopolimeri din plante este o provocare științifică promițătoare și fascinantă”, a declarat Yves Poirier de la Laboratorul de biotehnologie vegetală din cadrul Institutului de Ecologie al Universității din Lausanne, Elveția. El este de părere că firmele sunt reticente în a urmări aceste proiecte pentru că necesită investiții pe termen lung care nu corespund calendarelor financiare și temporale ale companiilor. „Mai trebuie introduse modificări genetice suplimentare în plante pentru a le îmbunătăți”, a spus el, „iar odată ce aceste plante sunt create, ele vor necesita protocoale specifice de recoltare și tratament, în raport cu plantele obișnuite. Toate acestea se traduc prin investiții mari în noi infrastructuri și sisteme de procesare, precum și printr-o perioadă de timp considerabilă.” Opt până la zece ani este estimarea sa aproximativă despre cât timp va trece până când PHA-urile produse de plante ar putea deveni viabile din punct de vedere economic.

Planurile de fabricare a unui tricou din zahăr de porumb au ajuns în același impas. Dupont (Wilmington, DE, SUA), compania care a inventat nailon, dezvoltă de mai mulți ani un polimer pe bază de 1,3-propandiol (PDO), cu noi niveluri de performanță, elasticitate și moliciune. Adăugând producției o dimensiune ecologică, fabrica de polimerizare a Dupont din Decatur, Illinois (SUA) a reușit acum să producă PDO din zahăr de porumb, o resursă regenerabilă. Dar, deși polimerul lor pe bază de porumb, numitSorona®, este mai ecologic și are caracteristici îmbunătățite,depinde din nou de piețe să facă din el un succes. „Compania plănuiește o trecere efectivă de la producția pe bază de petrol la cea pe bază biologică”, a declarat Ian Hudson, Sorona® Business Director la Dupont, „dar acest lucru se va întâmpla dacă procesul economic și cerințele pieței justifică tranziția.”

Cargill Dow (Minnetonka, MN, SUA) a făcut un pas mai departe. Companiaa dezvoltat un biopolimer inovator, NatureWorks™, care poate fi folositpentru a produce articole precum îmbrăcăminte, ambalaje și mobilier de birou. Polimerul este derivat din acid lactic, care se obține din fermentarea zahărului din porumb. A fost deja introdus pe piață în mod eficient și a apărut recent în magazinele alimentare din SUA ca recipient pentru alimente organice.

Un alt produs care ar putea beneficia foarte mult de biotehnologia inovatoare este hârtia. O mare parte din costurile și poluarea considerabilă implicate în procesul de fabricare a hârtiei este cauzată de „krafting”, o metodă de îndepărtare a ligninei din substratul de lemn. Lignina este al doilea cel mai abundent polimer din natură după celuloză și asigură stabilitatea structurală a plantelor. Având în vedere beneficiile economice semnificative care ar putea fi obținute, multe eforturi de cercetare au fost depuse pentru a reduce cantitatea de lignină sau pentru a modifica structura ligninei în arbori, păstrând în același timp creșterea și integritatea structurală a acestora. Există deja arbori modificați genetic cu aceste proprietăți (Hu et al.,1999; Chabannes et al., 2001;Li et al., 2003), dar probabil că nu se vor face bani din ei prea curând. Cu toate că industria hârtiei ar putea obține profituri considerabile prin reducerea costurilor de producție, încă nu au fost întreprinse proiecte mari în această direcție. Alain Boudet, profesor la Centrul de biotehnologie vegetală de la Universitatea Paul Sabatier (Castanet-Tolosan, Franța), a identificat două obstacole majore în calea comercializării lemnului transgenic. „În primul rând, arborii cu lignină modificată vor avea nevoie de mai multe teste privind performanța lor reală pe teren în afara laboratorului înainte de a fi utilizați pe scară largă”, a explicat el. „În al doilea rând, și cu mult mai dificil, va fi necesar să se cucerească acceptarea de către public a unor organismetransgenetice încă noi și a distribuției de produse derivate din acestea.”

Biotehnologia albă se concentrează, de asemenea, pe producția de energie din resurse regenerabile și biomasă. Amidonul din porumb, cartofi, trestie de zahăr și grâu este deja folosit pentru a produce etanol ca înlocuitor al benzinei – prima mașină a lui Henry Ford a funcționat cu etanol. În prezent, o parte din carburanții vânduți în Brazilia este etanol pur derivat din trestie de zahăr, iar restul are un conținut de 20% etanol. În SUA, 10% din carburanții vânduți sunt un amestec de 90% benzină și 10% etanol. Conform raportului din 2001 al Organizației pentru Cooperare și Dezvoltare Economică privind biotehnologia și durabilitatea industrială, SUA au acum 58 de fabrici de combustibil, care produc aproape 6 miliarde de litri de etanol pe an.

Dar transformarea amidonului în etanol nu este nici cea mai eficientă metodă din punct de vedere ecologic și nici cea mai eficientă din punct de vedere economic, deoarece cultivarea plantelor pentru producția de etanolimplică utilizarea de erbicide, pesticide, îngrășăminte, irigații și utilaje. Companii precum Novozymes (Bagsvaerd, Danemarca), Genencor (PaloAlto, CA, SUA) și Maxygen (Redwood City, CA, SUA) explorează, prin urmare, metode de obținere a etanolului în special din materialul celuloid din lemn, ierburi și, mai atractiv, din deșeuri agricole. O mare parte din eforturile lor se concentrează pe dezvoltarea unor celuloze bacteriene mai eficiente care pot descompune deșeurile agricole în zaharuri simple pentru a crea un substrat brut mai abundent și mai ieftin pentru producția de etanol.

Vizionari plini de speranță au început deja să vorbească despre o „economie a carbohidraților” care să înlocuiască vechea „economie a hidrocarburilor”. Cu toate acestea, „a face din biomasă o materie primă eficientă nu este un proces ieftin”, a reamintit KirstenStær, director de comunicare cu părțile interesate la Novozymes. Pentru ca producția de biocombustibil să devină comercială, pe lângă dezvoltarea unor noi sisteme de colectare a materiei prime și crearea unor fabrici speciale de producție, va fi nevoie de un preț diferit al biocombustibilului, a adăugat ea. „Structura prețurilor pentru combustibilii fosili este stabilită pe piață prin cadre de reglementare. Dacă se dorește ca producția de biocombustibili să aibă succes, va fi necesar să se aplice politici care să introducă subvenții pentru producția de bioetanol, de exemplu, sau să se pună taxe pe producția de combustibil fosil”, a spus Stær.

Acest lucru nu l-a împiedicat pe J. Craig Venter să înființeze anul trecut Institutul pentru Alternative Energetice Biologice (IBEA) în Rockville, Maryland (SUA) pentru a pleda pentru producerea de forme mai curate de energie. IBEA a primit recent o subvenție de 3 milioane de dolari americani din partea Departamentului de Energie al SUA, în principal pentru a crea un microorganism artificial care să producă hidrogen. Privat de genele pentruformarea zahărului care utilizează în mod normal ionii de hidrogen, acest organism ar putea să își dedice toateenergiile producerii excesului de hidrogen și, în mod ideal, să devină un producător de energie sintetică.

Biotehnologia albă poate aduce beneficii și în medicină și agricultură. VitaminaB2 (riboflavina), de exemplu, este folosită pe scară largă în hrana animalelor, în alimentația umană și încosmetice

și a fost în mod tradițional fabricată printr-un proces chimic în șase etape. La BASF (Ludwigshafen, Germania), mai mult de 1.000 de tone de vitamina B2 sunt produse acum pe an într-o singură fermentare. Utilizând ciuperca Ashbya gossypii ca biocatalizator, BASF a obținut o reducere globală de 40% a costurilor și a impactului asupra mediului. În mod similar, cefalexina, un antibiotic care este activ împotriva bacteriilor Gram-negative și care, în mod normal, este produs printr-o sinteză chimică îndelungată în zece etape, este acum produsă printr-un proces mai scurt bazat pe fermentare la DSM Life Sciences Products (Heerlen, Țările de Jos). Cu toate acestea, vitamina B2 este doar o singură poveste de succes – alteervitamine și medicamente sunt în continuare mai ieftin de produs cu ajutorul chimiei organice clasice decât prin biotehnologie albă inovatoare.

Cu toate acestea, beneficiile potențiale pentru mediu ale trecerii labiofructe și bioprocese sunt substanțiale, consideră Wolfgang Jenseit de laInstitutul pentru Ecologie Aplicată (Freiburg, Germania). „Noile procese de bioproducție înlocuiesc reacțiile chimice complexe. Acest lucru corespunde, bineînțeles, unor economii semnificative de energie și apă”, a explicat el. De asemenea, este în beneficiul atmosferei: carbonul necesar pentru a produce bioetanol din biomasă a fost sechestrat de plante din atmosferă, astfel încât reintroducerea lui prin arderea etanolului nu contribuie la încălzirea globală, a subliniat Jenseit. Aceasta este cu siguranță o veste bună pentru țările care s-au angajat să limiteze emisiile de gaze cu efect de seră prin ratificarea tratatului de la Kyoto.

Și se așteaptă ca beneficiile economice să urmeze. Potrivit firmei de consultanță globală McKinsey & Company, biotehnologia albă va ocupa până la 10-20% din întreaga piață chimică în 2010, cu rate de creștere anuală de 11-22 miliarde de euro. Cu toate acestea, există diferențe uriașe în ceea ce privește modul în care este gestionată biotehnologia albă în Europa și SUA, a declarat Jens Riese, asociat principal la McKinsey & Company, cu sediul în Frankfurt. „În primul rând, suma totală investită în SUA în domeniul biotehnologiei albe este de 250 de milioane de dolari, o sumă care depășește cu mult totalul investițiilor europene”, a spus el. „Probabil determinată de o voință geopolitică mai puternică de a deveni independentă de importul de combustibili fosili, SUA a arătat o mai mare propensiune în dezvoltarea unor astfel de tehnologii. Europa, pe de altă parte, este, din punct de vedere cultural, mai precaută și mai puțin aventuroasă în acceptarea metodologiilor inovatoare.”

Dar biotehnologia albă a stârnit interes în Europa. „Existăconștiență cu privire la nevoia de inovare în această direcție”, a declaratOliver Wolf, ofițer științific la Institutul pentru Studii de Prospectivă Tehnologică din Sevilla, Spania. „Deși deocamdată nu există o legislație specifică, se fac pași importanți pentru promovarea biotehnologiei albe în Europa.” Biotehnologia albă are beneficii potențiale mari, atât din punct de vedere economic, cât și ecologic, pentru o gamă largă de aplicații. Calea pentru dezvoltarea sa este în curs de pregătire, dar rămâne o tehnologie relativ tânără, care trebuie să concureze cu o industrie chimică matură, bazată pe petrol, care a avut la dispoziție aproape un secol pentru a-și optimiza metodele și procesele de producție. Cu toate acestea, preocupările din ce în ce mai mari cu privire la mediu și posibilitatea de a avea în viitor un petrol mai ieftin fac din biotehnologia albă un concurent serios.

.