Avui us he de comentar una gran fita de la bioenginyeria i de la biologia de sistemes. Un primer pas que ens permetrà canviar les perspectives sobre el futur de la biosfera i qui sap si serà crucial per a una possible colonització d'altres planetes propers en què no hi ha vida, ni una atmosfera com la de la Terra. No sé quant de temps fa que no mireu un llibre de Biologia, però ja a l'ESO s'explica que els organismes vius, segons el seu metabolisme i com obtenen l'energia dels seus aliments poden classificar-se en autòtrofs i heteròtrofs. Aquests noms deriven de vocables grecs. El sufix trof vol dir menjar, i el fet d'afegir el prefix auto o hetero fa referència, respectivament, a si els organismes poden obtenir energia i les molècules necessàries per al seu creixement de components inorgànics (com ara la llum del Sol, l'aire, l'aigua), o si per contra, requereixen compostos orgànics (basats en el carboni, com ara sucres, proteïnes i greixos). Segurament amb aquesta petita explicació ja podreu recordar que les plantes, alguns bacteris i alguns microorganismes són autòtrofs i la resta d'organismes, entre els quals ens trobem els animals, fongs i la gran majoria de bacteris som heteròtrofs.
Si ara pensem en la despesa d'energia i els requeriments metabòlics, és a dir, pensem en xarxes tròfiques i qui menja què, també veureu que els organismes autòtrofs poden viure "del cel i del Sol", mentre que els heteròtrofs hem de viure de les molècules que generen els autòtrofs o altres heteròtrofs. Per tant, han d'haver-hi molts més organismes autòtrofs, com ara plantes, que no pas animals. D'altra banda, els organismes autòtrofs com les plantes, fan la fotosíntesi i generen molècules orgàniques a partir del carboni que hi ha al diòxid de carboni de l'aire (CO2), mitjançant la font d'energia que és la llum solar, i com a subproducte generen oxigen (O2). Tots els alumnes de batxillerat de Biologia aprenen el cicle de Calvin, el cicle metabòlic en què a partir d'un enzim de nom fantàstic, RuBisCO, les plantes poden captar el CO2 de l'aire i "fixar-lo", és a dir, poden emprar-lo per produir molècules orgàniques.
Per contra, els animals consumim oxigen per a cremar les molècules orgàniques i obtenir energia, tot generant diòxid de carboni i aigua. Així que, a més de dependre de les plantes autòtrofes perquè són la nostra font de carboni i d'energia, alhora en depenem perquè generen l'oxigen que consumim i alhora consumeixen el diòxid de carboni que generem, tot mantenint una composició de l'aire compatible amb la nostra vida. Una gran part de la tragèdia del consum elevat de combustibles fòssils, que procedeixen de grans quantitats de massa vegetal d'èpoques pretèrites, és que en uns instants cremem el carboni fixat durant molts anys, gastem molt oxigen i generem quantitats ingents de diòxid de carboni. No hi ha prou plantes al món com per a fixar tot aquest CO2 alliberat (encara menys amb la desforestació massiva que hem fet del nostre planeta) i d'aquí ve l'increment en la proporció de CO2 a l'aire, que és la causa de l'efecte hivernacle, la pujada de temperatures arreu i l'emergència climàtica en què ens trobem immersos.
Podríem somniar en fixar l'excés de CO2 que hi ha al planeta. En lloc de grans extensions de boscos o d'algues (que necessiten molta aigua), potser podrem tenir grans bioreactors de bacteris
Doncs bé, un grup de científics a Israel, han aconseguit transformar un bacteri heteròtrof en un d'autòtrof. Això ja s'havia intentat fer abans, sense èxit. El gran rebombori en el món científic és que han aconseguit fer, mitjançant modificació genètica, un bacteri TOTALMENT autòtrof, que pot viure només del CO2 de l'aire com a font de carboni per fer les seves molècules. I ho han fet sobre el bacteri que tots utilitzem al laboratori i que és fàcilment manipulable des del punt de vista genètic, l'Escherichia coli, un dels bacteris més habituals en el nostre intestí. Com ho han fet? Doncs fent bioenginyeria, pensant com un enginyer però amb un coneixement molt profund de la biologia. Aquests investigadors han utilitzat tres estratègies: 1) introduint dins del bacteri (podríem dir que l'han fet transgènic) els gens necessaris per a ser autòtrof, és a dir, que porten la informació genètica per a produir els enzims del cicle de Calvin, més un enzim per a obtenir energia (viurà del carboni de l'aire, però demanar que visqués de la llum solar era excessiu); 2) mutant els gens propis que el feien heteròtrof, de forma que el pobre bacteri transgènic ja no podria alimentar-se de sucres (la seva font preferida d'energia i carboni). Potser podríem pensar que amb això ja n'hi hauria prou, però no és el cas. Pensem que tots els organismes tenim un metabolisme interrelacionat, amb unes necessitats metabòliques producte de milions d'anys d'evolució. Tota la xarxa metabòlica d'un organisme heteròtrof està pensada i seleccionada i té requeriments específics per ser heteròtrof. L'èxit dels científics va ser anar un pas més enllà, van fer un altre pas molt important: 3) van obligar als bacteris modificats a viure en condicions sense sucre i amb molt diòxid de carboni, sense donar-los cap altra alternativa, fins a seleccionar mutants que poguessin sobreviure a aquestes condicions draconianes. És a dir, els autors van realitzar de forma efectiva i durant quasi un any una selecció artificial dins del laboratori, fins a trobar aquells pocs bacteris mutants supervivents. Van provocar una selecció evolutiva molt ràpida i els hi va funcionar perquè tenien milions de bacteris. La gran majoria van morir, però enmig de l'hecatombe bacteriana, uns pocs mutants se'n van sortir, i aquests són els que els científics van aïllar i fer créixer.
Només amb 11 mutacions, els bacteris que es van seleccionar van poder adaptar-se a un nou metabolisme que els era aliè, ara són totalment autòtrofs i poden viure només amb aigua, format de sodi (un derivat de l'àcid fòrmic, que té un únic carboni i serveix com a font exclusiva d'energia), i el CO2 de l'aire. Totes les molècules que genera el bacteri procedeixen del gas, tot i que l'aire ha d'estar molt enriquit en diòxid de carboni i hem de forçar molt les condicions. Tampoc és que els agradi molt viure així. Mentre que en condicions de recursos òptims, els bacteris Escherichia coli es divideixen cada 20 minuts, aquests bacteris modificats ho fan cada 18 hores. També és cert que en usar l'àcid fòrmic com a font d'energia es genera més CO2 que el que es fixa, però com diuen els autors, es tracta d'un primer pas. El fòrmic és fàcil d'obtenir només amb llum solar o amb electricitat, de forma neta, i ara podem pensar a modificar els bacteris per tal que el CO2 que generin sigui menor que el que fixin.
Llavors podrem obtenir de forma molt barata i sostenible, gairebé alimentats de l'aire del cel, els nostres propis cultius de bacteris per produir biocombustible, aliments, medicaments o altres productes orgànics. O, fins i tot, de pas, podríem somniar en fixar l'excés de CO2 que hi ha al planeta. En lloc de grans extensions de boscos o d'algues (que necessiten molta aigua), potser podrem tenir grans bioreactors de bacteris. Bacteris modificats genèticament, fruit de la millor bioenginyera i la biologia de sistemes més agosarada. Això ens permet fer una mica de ciència-ficció i imaginar com utilitzar-ho en naus espacials, o en estacions orbitals o planetàries. Quin futur ens espera?