Para 2050, la ONU estima que la población mundial llegará a 10 000 millones de personas. Esto generará graves problemas de seguridad alimentaria si no se toman medidas en el corto plazo. El cambio climático y el calentamiento global afectarán negativamente los rendimientos de los cultivos y el acceso a alimentos para muchas personas. La cría intensiva de ganado para producir carne no es sostenible medioambientalmente ni permite alimentar a toda la población, por lo que será fundamental desarrollar alternativas como la carne cultivada “in vitro”, insectos ricos en proteínas, algas y macroalgas entre otras opciones, pero, ¿cuál es el rol que desempeñarán los microorganismos en el futuro de la alimentación?
Los microorganismos se perfilan como la clave para un futuro alimentario más sostenible, seguro y saludable. Para aprovechar al máximo su potencial, los científicos están trabajando en diversas líneas de investigación. Por ejemplo, mejorando la eficiencia de la producción de alimentos y bebidas mediante fermentación microbiana, desarrollando proteínas alternativas, o usando microorganismos en biofiltros y biorreactores para tratar aguas residuales, capturar carbono y producir combustibles y químicos de manera más ecológica. Todo esto haciendo uso de los avances en biología sintética e ingeniería metabólica que permiten optimizar aún más los procesos microbianos para aumentar la productividad y la eficiencia en la producción de alimentos y otros productos.
Mediante el uso de la biología sintética, se pueden desarrollar alimentos microbianos de próxima generación utilizando fermentación dirigida para mejorar características como el sabor, la nutrición y la sostenibilidad ambiental. En lo que ahora se conoce como la "fermentación de precisión", se usan sistemas biológicos que no existen en la naturaleza, o bien se remodelan los principios existentes para dar funciones nuevas que permiten agregar nuevas características, como la producción de aromas o la eliminación de sabores desagradables. Además, posibilita rediseñar los microorganismos como fábricas celulares para producir sustitutos de productos animales. De esta forma, empresas pioneras en el campo están elaborando productos lácteos auténticos sin vacas y colores naturales sin insumos cultivados, entre los avances recientes.
Quizás el lector pueda pensar que esto no sea algo nuevo, ya que existen precedentes de producción sintética de compuestos mediante el uso de microorganismos, por ejemplo la insulina. Sin embargo, la biología sintética va más allá de la simple modificación de organismos existentes. A diferencia de esos enfoques previos, la biología sintética busca entender los principios fundamentales de los sistemas biológicos para poder diseñarlos y construirlos de cero. Esto abre la posibilidad de crear sistemas con propiedades y funcionalidades que van más allá de lo que se encuentra en la naturaleza.
Las microburbujas
Este año, la empresa Hydrosome Labs ha desarrollado una nueva tecnología basada en microburbujas que mejora la eficiencia de la fermentación de precisión para la producción de biocombustibles, enzimas industriales y productos farmacéuticos. Esta innovación promete duplicar los rendimientos y reducir el tiempo de fermentación hasta en un 25 %, a través de un mejor transporte de nutrientes a las células.
La tecnología de microburbujas de Hydrosome resuelve limitaciones en la capacidad de fermentación, al permitir mayores rendimientos en los mismos equipos. Ofrece beneficios como menores insumos, energía, costos y uso de químicos, sin impacto regulatorio. Los productos químicos obtenidos por fermentación son una alternativa sostenible a los derivados del petróleo.
Esta misma tecnología de fermentación microbiana promete hacer uso de gas para la producción sostenible de proteínas alimentarias. En particular, los representantes microbianos más prometedores para este fin son las bacterias oxidantes de hidrógeno (hidrogenótrofas) y las bacterias oxidantes de metano (metanótrofas). Estos microorganismos unicelulares pueden metabolizar aeróbicamente hidrógeno y metano gaseosos, respectivamente, para proporcionar la energía necesaria para la construcción de material celular. De esta manera se puede alcanzar un rendimiento proteico superior al 70 % en la masa celular de materia seca sin necesidad de tierra cultivable ni sustratos orgánicos, lo que lo convierte en una alternativa prometedora a las fuentes de proteínas de origen vegetal y animal.
Proteínas alternativas
Otro ámbito que se está desarrollando a pasos agigantados en los últimos años es la generación de proteínas alternativas, como la carne cultivada “in vitro”. Esto permitirá suplir la demanda de carne de manera más sostenible. La ganadería tradicional tiene un gran impacto ambiental, pero la carne cultivada puede reducirlo en 85-92 %. Esto se debe a que requiere menos tierras, agua y emite menos gases de efecto invernadero. El proceso involucra células madre musculares bovinas, las cuales son alimentadas en un caldo con nutrientes, minerales y aditivos. Esto les proporciona proteínas y otros componentes para su crecimiento, en grandes biorreactores estériles. Gracias a señales moleculares suministradas por microorganismos modificados genéticamente, las células crecen formando tejido muscular. Por ejemplo, bacterias y levaduras bioingenierizadas secretan factores que indican a las células madre diferenciarse en tejido muscular.
Además de la producción de carne, también otros cultivos no tradicionales como algas y mariscos pueden contribuir no solo a la seguridad alimentaria global y acceder a nuevos mercados sino también a la reducción de gases de efecto invernadero. De este modo, la acuicultura de mariscos y algas representan un importante sumidero de carbono en la pesca marina. Por esto, China busca potenciarlos para cumplir su meta de cero emisiones para 2060.
Estudios muestran que entre 2003-2019, el promedio anual de carbono almacenado por mariscos y algas en China fue de 1.1 millones de toneladas, donde los mariscos representaron el 91 %. Así, al calcular el valor económico promedio anual de este almacenamiento se obtuvo la cifra de 71 303 millones de dólares. El valor del producto representó el 99 %, siendo los mariscos la especie con mayor capacidad de sumidero debido a tasas de conversión de carbono del 8.37 %.
Alimentación humana
Estos son solo algunos ejemplos de cómo los microorganismos contribuyen de manera directa a la alimentación humana, además los microbiólogos continúan desarrollando otros ámbitos que se podrán aprovechar de manera indirecta en la alimentación como desarrollo de biofiltros y biorreactores que usen consorcios microbianos para tratar efluentes industriales y aguas grises con fines de reutilización; Producción de enzimas, bioplaguicidas y otros insumos verdes mediante fermentación para reemplazar productos sintéticos; Fortalecimiento de suelos mediante la inoculación de microorganismos fijadores de nitrógeno, solubilizadores de fósforo, formadores de micorrizas, también el Control biológico de plagas usando microorganismos antagonistas, detección temprana de patógenos y contaminantes para garantizar la seguridad alimentaria a través de biosensores microbianos y mucho más.
Definitivamente se requerirá de una transición ordenada hacia sistemas alimentarios más circulares, resilientes y respetuosos con el medioambiente para alimentar a una población en crecimiento. Del mismo modo, el acceso equitativo a alimentos saludables y nutritivos para todos sigue siendo un desafío que requiere soluciones innovadoras y sostenibles.
Lo cierto es que, los microorganismos, lejos de ser enemigos, se perfilan como aliados estratégicos en el futuro de la alimentación. Su capacidad para transformar materia prima, generar sabores y aromas únicos, y brindar beneficios para la salud, los convierte en actores fundamentales en la producción, seguridad y sostenibilidad de los alimentos, ahora y aún más en el futuro.
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(*) Decano del Colegio de Biólogos de Lambayeque.
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