Los científicos de la startup Treeco, que fue adquirida en un 51% de las acciones por la forestal chilena Arauco, están trabajando para desarrollar un árbol editado que podría facilitar la producción de papel, traduciéndose en un menor uso de energía y menos contaminación.
The Washington Post / 1 de agosto, 2024.- Parecía algo que un niño de jardín de infantes podría usar en un proyecto de arte. Tiene un aspecto tan normal que, cuando Jack Wang lo estaba presentando una vez, alguien casi deja caer una bebida encima por accidente.
“Casi me da un ataque al corazón”, recordó Wang, genetista de la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
El círculo de papel delgado, blanco, del tamaño de un posavasos que Wang sostenía en su laboratorio, no era nada común y corriente. Él y sus colegas hicieron este trozo de papel a partir de madera modificada genéticamente, un material que su equipo espera que transforme la forma en que se producen el papel y otros productos de madera.
Durante décadas, los científicos han jugueteado con el ADN de las plantas, utilizando ingeniería genética y otras biotecnologías para producir cultivos que tengan mejor sabor, resistan los pesticidas, contengan más nutrientes y mejoren los rendimientos de los agricultores. Nuevas herramientas, incluida la inteligencia artificial y una tecnología ganadora del Premio Nobel llamada CRISPR, están permitiendo a los investigadores editar genes con mayor precisión y a un costo menor que nunca.
Ahora, Wang y sus colegas apuntan más alto, literalmente. Su equipo está intentando utilizar la edición genética para construir árboles que sean mejores para fabricar papel y otros productos, que requieran menos tierra y produzcan menos contaminación que las variedades naturales
Llámelo ciencia a la vanguardia del papel. «Tenemos décadas de conocimiento genético que podemos utilizar para hacer algo» nuevo en silvicultura, dijo Wang.
Pero podrían pasar décadas más hasta que este trabajo se haga realidad y dé como resultado un paquete de papel que se pueda comprar en una tienda de artículos de oficina. Y puede enfrentar algunos de los mismos desafíos legales, ecológicos y de relaciones públicas que han enfrentado los alimentos elaborados a partir de organismos genéticamente modificados u OGMs.
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Un problema difícil
Si hay una molécula que produce madera, es la lignina.
La lignina se encuentra en todas las plantas terrestres, desde la secuoya más alta hasta el arbusto más bajo. Se trata de un polímero más complejo que cualquier otro natural o artificial, según Wang. Su resistente estructura amorfa ayuda a los árboles a transportar agua, protegerse de las plagas y mantener la rigidez que necesitan para crecer, estirar sus ramas y alcanzar la luz del sol.
Para la madera de construcción, la lignina es algo bueno. Pero para producir productos de madera que necesitan ser flexibles (como papel, cartón o pañales) es todo lo contrario.
La industria del papel utiliza muchos productos químicos y energía para eliminar la lignina de la pulpa. Reducir la energía utilizada en el proceso de deslignificación podría reducir costos y emisiones. Solo en Estados Unidos, el sector emitió 31,2 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono equivalente en 2022, equivalente a la producción de ocho plantas alimentadas con carbón.
«Se necesita mucho para convertir un bloque de madera duro en un pañal», dijo Rodolphe Barrangou, profesor de la Universidad Estatal de Carolina del Norte que trabaja con Wang.
Entonces Wang y Barrangou se propusieron cultivar árboles que contuvieran menos lignina.
El invernadero de la azotea donde la pareja de investigadores cultiva algunos álamos y eucaliptos para sus experimentos es tan luminoso que en la puerta hay una caja de gafas de sol para los visitantes. El vidrio está diseñado para dispersar más luz de lo normal. Incluso las salidas de aire son traslúcidas para no bloquear los rayos del sol.
“Más soleado por dentro que por fuera”, dijo Barrangou mientras caminaba por el pasillo del invernadero.
«Realmente te bronceas aquí», añadió Wang.
Lograr que un árbol produzca menos lignina no es tan simple como activar o desactivar un solo gen. Un laberinto de vías bioquímicas es responsable de producir este material. “No existe una solución mágica”, dijo Barrangou.
Entonces, el equipo de Barrangou y Wang escogió 21 genes asociados con la producción de lignina y utilizó un modelo de aprendizaje automático -machine learning- para clasificar casi 70.000 escenarios de edición de genes utilizando esos genes. Eligieron las mejores combinaciones que arrojó la computadora y luego usaron CRISPR para editar genéticamente y cultivar 174 variantes de álamo.
El resultado: redujeron el contenido de lignina en algunas de esas variedades casi a la mitad. También pudieron aumentar la concentración de celulosa (el ingrediente clave en la producción de papel) en comparación con la lignina, lo que hizo que los árboles fueran mejores para la fabricación de pulpa. El equipo publicó sus hallazgos el año pasado en la prestigiosa revista Science.
[Recomendado: Nueva «edición genética multiplex» con CRISPR para la producción sostenible de celulosa y madera]Las nuevas tecnologías son «realmente convincentes y aceleran lo que podemos hacer ahora y que históricamente no era posible», afirmó Barrangou.
Futuro de la pulpa
Los dos científicos se conocieron en 2018. Wang se había puesto en contacto con Barrangou, uno de los primeros pioneros de CRISPR, para colaborar en la investigación. Barrangou, cuyo automóvil lleva una matrícula “CRISPR”, vio instantáneamente el potencial comercial de hacer que los árboles fueran más adecuados para la producción de fibra.
Al año siguiente, fundaron una nueva empresa llamada TreeCo. Hasta ahora, la empresa ha recaudado alrededor de 50 millones de dólares, incluido el financiamiento de Arauco, una empresa forestal y de productos madereros chilena. La empresa planea probar los árboles en sus plantaciones en Chile.
Para Barrangou, quería que su trabajo viera la luz en el mundo real, no solo en el laboratorio. «Esto no es solo, ¿cómo podemos utilizar científicamente la tecnología CRISPR para comprender la genética de los árboles?» él dijo. «Estamos obligados a utilizar esa tecnología para cultivar árboles y revolucionar la silvicultura».
Pero hay una serie de obstáculos que deben superar antes de que llegue esa revolución.
Vânia Zuin Zeidler, profesora de química sostenible en la Universidad Leuphana en Alemania, dijo que el trabajo es «muy relevante ya que aborda la necesidad de enfoques científicos de vanguardia para prevenir la contaminación en la industria del papel y la pulpa».
Observó que algunos de los álamos editados con niveles más bajos de lignina crecieron más pequeños de lo normal, un tema que puede requerir más investigación. Es más, dijo, los árboles podrían estar sujetos a las mismas reglas estrictas en la Unión Europea para los alimentos genéticamente modificados.
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Anne Petermann, directora ejecutiva del Proyecto de Ecología de Justicia Global, que se opone a los árboles genéticamente modificados, está preocupada por el hecho de que las variedades editadas con CRISPR se apareen con variedades silvestres, propagando rasgos que pueden obstaculizar las plantas en la naturaleza. «El potencial de cruzamiento genético de los bosques silvestres con el rasgo modificado es bastante grave», afirmó.
La expansión de las plantaciones de árboles, añadió, tiende a “reemplazar los bosques silvestres, desplazar a las comunidades indígenas y dependientes de los bosques y exacerbar la crisis climática”.
Pero Claudio Balocchi, investigador principal de Arauco, dijo que la tecnología ayudará a la empresa a producir más por hectáreas, ejerciendo menos presión sobre los bosques silvestres.
Las ediciones realizadas con CRISPR, añadió, imitan los cambios genéticos que ocurren naturalmente. «Esto equivale a una mutación natural», afirmó.
Un mundo de madera
Wang y Barrangou saben que cultivar árboles para realizar pruebas lleva tiempo. En este momento, sólo tienen unas pocas muestras de papel de sus árboles editados. Su objetivo es producir árboles con bajo contenido de lignina para uso comercial para 2040.
«Si no cumplimos con un par de plazos», dijo Barrangou, «será 2050».
De vuelta en el laboratorio, Barrangou y Wang sacaron cuatro viales pequeños. Cada uno de los viales contenía un prototipo de biocombustible, parte de los esfuerzos de los científicos por ampliar su trabajo más allá del papel.
El líquido de dos de los viales, procedente de madera normal, era relativamente más claro. Pero el combustible en los otros dos, hechos de madera editada con CRISPR, era de un color marrón lechoso, una señal de que el fluido tenía más energía para quemar.
«Significa que se libera más azúcar de la fermentación», dijo Wang.
La madera es indispensable en la vida cotidiana, una de las razones por las que la pareja cree que su trabajo puede tener un impacto. Wang señaló la sala llena de libros de su laboratorio.
“Mira a tu alrededor”, dijo. «Casi todas las facetas de nuestra vida humana dependen de los productos de madera».