Podemos afirmar hoy sin temor a equivocarnos que las revoluciones en el sector de la biotecnología van a cambiar el mundo tal y como lo conocemos. Algunos sociólogos y economistas afirman que dado los avances gigantes en esta rama que combina ciencias naturales e ingeniería este siglo va a ser el siglo de la revolución biotecnológica, donde nuestra economía va a adquirir el matiz bio: la bioeconomía.
Un ejemplo elegante de los avances en sostenibilidad industrial, en todos sus aspectos (social, rentabilidad económica y medioambiental) es la diferencia de producción de antibióticos betalactámicos (los más populares, penicilina, cefalosporina etcétera) entre un proceso basado únicamente en ingeniería química y otro basado en biotecnología enzimática.
Cualquiera que conozca la escala industrial y los términos de rentabilidad económica empresarial entiende que no es lo mismo obtener un producto en el laboratorio en un pequeño tubo eppendorf (volumen de 2 ml) que hacerlo en un reactor de más de 100.000 litros. Es en esta escala, cuando observas la importancia del tamaño. Mayor tamaño supone más reactivos, generar más temperatura de reacción y más productos de desecho, en definitiva, más gastos.
Los antibióticos son compuestos químicos capaces de matar o inhibir el crecimiento en determinadas bacterias, es por tanto, esencial como fármaco en la lucha contra una infección de origen bacteriano. Desde su descubrimiento, pronto adquirieron un merecido valor comercial. Además se consideró la posibilidad de mejorarlas para aumentar su estabilidad química, su eficacia, su rango de actuación. Así surgieron los antibióticos semi-sintéticos.
Para elaborar algunos antibióticos semi-sintéticos, necesitamos el núcleo químico 6-APA (ácido 6-amino penicilánico que es un derivado de la penicilina G, bencilpenicilina) a partir del cual se obtienen estos antibióticos semi-sintéticos de elevado interés comercial.
Mediante el proceso de obtención 6-APA por la vía de ingeniería química, resulta que necesitamos en ese gran reactor 4 pasos diferentes, con múltiples reactivos que luego deben eliminarse, y temperaturas de -40 ºC y -50 ºC, de acuerdo con el esquema:
La alternativa más sostenible a este costoso proceso, es el uso de biotecnología enzimática. Y es que esta reacción, puede ser realizada en un sólo paso por una enzima penicilina acilasa (PGA, EC. 3.5.1.11). Que es capaz de catalizar la hidrólisis del enlace amida de la cadena de las moléculas de penicilina, produciendo el núcleo esencial betalactámico 6 APA. Para ello necesitaríamos aislar una gran cantidad de enzima PGA (que podemos encontrar en multitud de microorganismos como Mucor griseocyanus), inmovilizarla en un soporte sólido en el interior del biorreactor, agua y amoniaco, a una temperatura de 30ºC.
De forma que comparando ambos abordajes de producción industrial para producir 6-APA como núcleo de producción de antibióticos semi-sintéticos vemos que el proceso biotecnológicos es mucho más sostenible; así es rentable (menos pasos, menos gasto energético, menos reactivos) y ambiental (residuos escasos y no peligrosos). De forma que para producir 500 toneladas de 6-APA estos serían los requerimientos industriales por ambas vías:
La estrategia a utilizar queda bastante aclarada…
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