Un equipo de Harvard y Stanford modificó genéticamente una bacteria marina para aumentar la producción de moléculas que favorecen la disolución de minerales. La innovación aceleró 2,6 veces un proceso natural vinculado a la captura de carbono y permitió demostrar, en biorreactores experimentales, la eliminación de CO₂ atmosférico mediante su almacenamiento en agua de mar. Los resultados fueron publicados en Nature Biotechnology.
ChileBio / 6 de octubre, 2026.- La ingeniería genética podría convertirse en una nueva aliada para enfrentar el cambio climático, no solo mediante el desarrollo de cultivos más eficientes o microorganismos capaces de producir materiales sustentables, sino también acelerando procesos geológicos que naturalmente ayudan a regular la concentración de dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera.
Un equipo interdisciplinario del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard, la Facultad de Medicina de Harvard y la Universidad de Stanford desarrolló bacterias marinas modificadas genéticamente que aceleran la disolución de minerales capaces de favorecer la captura y almacenamiento de carbono en el agua de mar.
El avance, publicado en agosto en la prestigiosa revista científica Nature Biotechnology, utiliza la biología sintética para potenciar la actividad de una bacteria presente naturalmente en ambientes marinos. En los experimentos, los investigadores lograron acelerar 2,6 veces la disolución del olivino, un mineral rico en magnesio y hierro, y demostraron el funcionamiento del sistema en biorreactores experimentales con agua de mar natural.
Acelerar un mecanismo natural que regula el clima
Durante millones de años, la meteorización de las rocas —su descomposición química y física por interacción con el agua, la atmósfera y los organismos— ha contribuido a regular el clima terrestre.
Cuando determinados minerales silicatados se disuelven, liberan componentes que aumentan la alcalinidad del agua. Este proceso favorece que el CO₂ atmosférico termine almacenado en forma de carbono inorgánico disuelto, principalmente bicarbonato, que puede permanecer durante períodos prolongados en los océanos.
El problema es la velocidad. En condiciones naturales, estos procesos suelen desarrollarse lentamente, mientras que las necesidades actuales de reducción y remoción de emisiones de gases de efecto invernadero requieren tecnologías capaces de actuar en plazos considerablemente menores.
Una estrategia conocida como meteorización acelerada de rocas busca justamente intensificar estas reacciones, por ejemplo, mediante el empleo de minerales triturados en suelos agrícolas o ambientes acuáticos.
La propuesta del equipo estadounidense añade un componente innovador: utilizar bacterias modificadas genéticamente para hacer más eficiente la disolución mineral.
¿Cómo puede una roca ayudar a capturar CO₂ de la atmósfera?
El mecanismo detrás de esta tecnología se basa en una reacción química natural. Cuando minerales como el olivino, compuesto principalmente por silicatos de magnesio y hierro, entran en contacto con el agua y el dióxido de carbono (CO₂), comienzan a disolverse lentamente.
Durante este proceso liberan magnesio, hierro y compuestos de silicio, mientras que el CO₂ participa en reacciones que generan bicarbonato (HCO3−), una forma de carbono inorgánico disuelto que puede permanecer almacenada durante largos períodos en el océano.
Los investigadores representan este proceso mediante la siguiente reacción química simplificada:
MgFeSiO4 + 4CO2 + 4H2O →
Mg2+ + Fe2+ + H4SiO4 + 4HCO3−
Reacción simplificada de disolución del olivino y formación de bicarbonato.
En términos sencillos, el mineral reacciona con el agua y el CO₂, libera sus componentes y favorece la formación de bicarbonato, contribuyendo a aumentar la capacidad del agua de mar para almacenar carbono. La ecuación describe una reacción idealizada, por lo que no representa por sí sola la cantidad neta de CO₂ retirada de la atmósfera.
Sin embargo, existe un obstáculo: parte del hierro liberado reacciona con el oxígeno y forma depósitos de óxidos e hidróxidos de hierro, similares a la herrumbre, que pueden acumularse sobre la superficie del mineral. Esta especie de «costra» dificulta que el agua siga reaccionando con el olivino y ralentiza progresivamente su disolución.
Es precisamente aquí donde interviene la biotecnología. Algunas bacterias marinas producen moléculas llamadas sideróforos, capaces de captar y movilizar el hierro, ayudando a mantener expuesta la superficie del mineral. Los investigadores de Harvard aprovecharon esta capacidad natural y, mediante ingeniería genética, consiguieron potenciarla para acelerar la meteorización del olivino.
La clave está en el hierro y la ingeniería genética
Los investigadores trabajaron con Alteromonas macleodii, una bacteria marina capaz de producir sideróforos, moléculas que se unen al hierro y facilitan su movilización.
Durante la disolución del olivino, parte del hierro liberado puede oxidarse y formar depósitos sobre la superficie del mineral, dificultando que continúe reaccionando con el agua.
Los sideróforos ayudan a movilizar ese hierro, reduciendo la acumulación de estos depósitos y facilitando que el proceso de meteorización continúe. Sin embargo, existe una limitación biológica: cuando las bacterias disponen de suficiente hierro, disminuyen la producción de estas moléculas, precisamente cuando su actividad podría resultar útil para sostener la disolución de grandes cantidades de mineral.
Para superar esta dificultad, el equipo utilizó herramientas de ingeniería genética que modifican la regulación de los genes involucrados en la producción del sideróforo petrobactina. El objetivo fue conseguir que la bacteria continuara produciéndolo incluso cuando el hierro estuviera disponible en el ambiente.
Neil Dalvie, primer autor del estudio e investigador que encabezó el desarrollo experimental, explicó que la modificación permitió independizar la producción de sideróforos de las señales ambientales asociadas a la disponibilidad de hierro.
“En esencia, desvinculamos la producción de sideróforos de los niveles de hierro del ambiente“, señaló Dalvie, de acuerdo con el comunicado de Harvard.
La modificación permitió incrementar la actividad de estos microorganismos sobre el olivino y mantener la disolución acelerada en condiciones en las que las bacterias no modificadas dejan de producir cantidades relevantes de sideróforos.
Resultados experimentales: de la modificación genética a la remoción de CO₂
Para evaluar el funcionamiento de la tecnología, el equipo desarrolló sistemas de cultivo continuo que permitieron estudiar la interacción entre las bacterias, el agua de mar y el olivino.
En los experimentos iniciales, las cepas modificadas lograron una tasa de disolución del olivino 2,6 veces superior a la observada en las condiciones de comparación.
Posteriormente, los científicos construyeron biorreactores de escala piloto que incorporaron aproximadamente cuatro kilogramos de olivino y utilizaron agua de mar sin procesar, procedente del puerto de Boston. En esta etapa, el sistema recibió periódicamente bacterias modificadas y una fuente de nutrientes basada en acetato producido mediante un proceso electroquímico.
Los resultados también fueron positivos: los reactores con microorganismos modificados presentaron una liberación de magnesio desde el mineral aproximadamente 3,1 veces mayor durante el período de medición analizado. Más importante aún, el equipo consiguió medir un aumento de la alcalinidad del agua equivalente a una remoción de aproximadamente 0,5 gramos de CO₂ atmosférico por día, calculada a partir de los cambios químicos observados.
Aunque esta cantidad todavía es pequeña, constituye una demostración experimental de que la ingeniería genética microbiana puede integrarse con procesos geoquímicos para favorecer el almacenamiento de carbono.
¿Puede convertirse en una tecnología de captura de carbono a gran escala?
Uno de los aspectos relevantes del trabajo fue que los investigadores no se limitaron a medir la disolución mineral. También analizaron el balance de carbono de la tecnología considerando los insumos y las emisiones asociadas a su operación.
En colaboración con especialistas de la Universidad de Stanford, desarrollaron un análisis de ciclo de vida para identificar las condiciones necesarias para que el proceso retire más CO₂ del que genera.
Los resultados mostraron que la procedencia de los nutrientes utilizados para mantener las bacterias es determinante. Emplear fuentes de carbono con una elevada huella de emisiones podría reducir o incluso anular el beneficio climático.
En cambio, sistemas alimentados con insumos de origen renovable ofrecen mejores posibilidades de alcanzar un balance de carbono favorable.
En escenarios industriales hipotéticos evaluados mediante modelos, los investigadores estimaron que el uso de bacterias modificadas podría incrementar hasta un 74% la remoción neta de CO₂ frente al sistema de referencia considerado. Esta proyección todavía necesita validación a mayor escala.
Pamela Silver, investigadora de Harvard y una de las responsables del proyecto, destacó que el trabajo demuestra cómo la biología sintética puede aprovechar mecanismos desarrollados por la naturaleza para potenciar procesos vinculados con la regulación del clima.
La biotecnología abre nuevas posibilidades para la acción climática
Los resultados representan un avance experimental, aunque todavía será necesario mejorar el rendimiento de los biorreactores, evaluar sus costos, optimizar el suministro de nutrientes y estudiar las condiciones necesarias para una operación sostenida a mayor escala.
También será importante determinar los posibles efectos ambientales del agua tratada y establecer medidas adecuadas para el manejo de los microorganismos modificados genéticamente. Estas evaluaciones serán especialmente relevantes antes de considerar aplicaciones fuera de instalaciones experimentales.
El equipo también está investigando la posibilidad de extraer metales valiosos de los minerales de silicato, de manera simultanea al secuestro de CO2.
«Actualmente, consideramos que la forma más directa de generar un impacto ambiental positivo sería cultivar nuestras cepas bacterianas —proporcionándoles las fuentes de nutrientes adecuadas— en grandes depósitos similares a los de las plantas de tratamiento de aguas residuales; esto implicaría bombear continuamente agua de mar sin procesar hacia el interior de los depósitos y, posteriormente, devolver al océano agua de mar alcalina, donde el carbono capturado permanecería totalmente inofensivo y neutralizado», señaló Springer, quien estudia cómo la evolución ha moldeado y limitado las interacciones de los organismos con sus entornos.
Más allá de su eventual implementación industrial, el estudio ofrece una demostración del potencial de la ingeniería genética para abordar desafíos ambientales mediante mecanismos que van mucho más allá de las aplicaciones tradicionales de los microorganismos.
El avance muestra cómo la combinación de biología sintética, microbiología e ingeniería de procesos puede transformar un fenómeno geológico naturalmente lento en una plataforma tecnológica prometedora para retirar carbono de la atmósfera.