Biotecnología

¿Y si el mundo sostenible pasa por la biotecnología?

Antony Evans es un bioingeniero y empresario de San Francisco y actualmente fundador y CEO de Glowing Plant, un proyecto financiado colectivamente para concebir plantas domésticas bioluminiscentes que sirvan de iluminación ambiental.

Un proyecto que, tal vez, permita sustituir las actuales farolas de las calles de las ciudades por plantas o árboles bioluminiscentes.

Evans compara esta evolución como lo fueran las Apps en los smartphones para desarrollar la inteligencia de los teléfonos. Parece ser que ante nosotros se abre un extenso abanico de posibilidades., y ve a los organismos como aplicaciones.

“Creo que estamos entrando en una era en la que empieza a ser posible diseñar un organismo biológico tan fácilmente como ha sido crear aplicaciones para los móviles”.

La secuenciación del ADN es nuestra habilidad para leer los genes del medio ambiente que nos rodea y sintetizar el ADN es nuestra habilidad para escribir nuevas secuencias de ADN, así que si juntamos estas dos tecnologías no sólo podemos leer nuevas e innovadoras funciones directamente del medio ambiente sino que también podemos encontrar nuevas maneras de usar esos genes y escribirlos dentro de nuevas secuencias de ADN para crear nuevas aplicaciones.

Bienvenidos a la biología sintética

SostenibilidadLa biología sintética moderna tiene sus raíces en el 1953, con el descubrimiento de la estructura de doble hélice del ácido desoxirribonucleico (ADN) por parte de James Watson y Francis Crick. No fue hasta 1974 que el genetista Wacław Szybalski acuña el término “biología sintética” cuando se pregunta qué es lo que está por venir en la nueva etapa de la innovación biológica.

Prevé la creación de elementos de control que podremos introducir sintéticamente en secuencias de ADN, e incluso habla de cómo se borrarán los límites en la creación de nuevos organismos mediante ingeniería genética. Como si fuéramos demiurgos, tal y como él mismo ha explicado:

Hasta ahora estamos trabajando en la fase descriptiva de la biología molecular. Pero el verdadero desafío se iniciará cuando entremos en la fase de la biología sintética. Es cuando se elaborarán nuevos elementos de control y, al añadir estos nuevos módulos a los genomas existentes, podremos construir totalmente nuevos genomas.

Huanming Yang, director del Instituto de Genómica de Beijing, también describe con optimismo la biología sintética como “una ciencia para cambiar el mundo y el futuro del hombre”. Algo que cada vez está más cerca.

Precursores de la biología sintética

A principios de la década de 1980, la innovación técnica dio lugar a la posibilidad de secuenciar el ADN rápidamente.

El biólogo y empresario estadounidense y fundador de Celera Genomics, Craig Venter, consiguió secuenciar el genoma humano completo con su propio Proyecto Genoma Humano en 1999. Logró cartografiar los aproximadamente 25.000 genes del genoma humano desde un punto de vista físico y funcional, y mucho más rápidamente que el Departamento de Energía y los Institutos Nacionales de la Salud de los Estados Unidos.

Más tarde, en 2010, Venter también anunció haber concebido el primer organismo sintético, escribiendo desde cero el ADN e introduciéndolo en una bacteria previamente vaciada de información genética. Codificó su nombre en ese ADN, así puede comprobarse inconfundiblemente que las nuevas generaciones de bacterias que se reproduzcan a partir de la primera tienen ese copyright escrito en sus genes.

La posibilidad de escribir el ADN abre un campo inimaginable de posibilidades, según Antony Evans, porque ya no solo somos capaces de alterar una secuencia de ADN sino de escribirlo desde cero, permitiendo así no solo crear nuevas funcionalidades para estos genes, sino nuevas formas de usarlos. Por esa razón, Evans considera a los organismos como apps en un smartphone: cada una tiene una función, y como todas están compuestos por ADN, podemos modificar las aplicaciones modificando su código. O crear nuevas aplicaciones con nuevo código. Y así es como nace Glowing Plant.

¿Qué es Glowing Plant?

En un mundo cada vez más preocupado por la sostenibilidad, Evans está invirtiendo

Glowing Plant Project

toda su energía en el Glowing Plant Project, un proyecto que ha conseguido convertir ya una planta en bioluminiscente.

No es la primera vez que se consigue, pues en 1986 ya un grupo de científicos habían implantado una enzima luminiscente (luciferasa) en una planta. Sin embargo, el resultado de esta planta de tabaco brillante, modificada genéticamente para recibir a uno de los genes de la luciérnaga (Photinus pyralis), fue muy tenue y, por tanto, no tenía ninguna aplicación comercial. Además, el ejemplar debía ser alimentado con luciferina para permitir que brillara, es decir, que no emitía luminosidad por sí misma. Incluso han tenido estas plantas brillando fuera de la Tierra, en la Estación Espacial Internacional.

Descrita ya por el naturalista romano Plinio el Viejo en la bahía de Nápoles hace 2000 años, la bioluminiscencia, o capacidad de algunos organismos para iluminarse, siempre ha creado una gran fascinación, y es recurso evolutivo presente en bacterias, hongos, protistas unicelulares, celentéreos, gusanos, moluscos, cefalópodos, crustáceos y otras tantas especies animales.

A pesar de que en películas como Avatar hayamos visto plantas bioluminiscentes, en la Tierra no existe ninguna especie vegetal con esta capacidad de producir luz sin gasto de calor.

La biotecnología y el diseño industrial tampoco han sido capaces de crear, hasta el momento, aplicaciones con viabilidad comercial que combinen organismos vivos bioluminiscentes. Hasta la llegada de Glowing Plant Project.

El procedimiento descrito por Evans consiste en usar un gen de una bacteria capaz de producir luminiscencia (Vibrio fischeri), e integrarlo en la Arabidopsis thaliana (una planta ampliamente utilizada en experimentación genética porque ya se ha obtenido su genoma completo). A continuación se editan las cadenas de ADN y, finalmente, por medio de otra bacteria que funciona como vehículo, se inocula el nuevo código en la planta.

Si la investigación prospera, como en principio parece habida cuenta del éxito en su financiación, el equipo se centrará primero en obtener semillas de la planta fluorescente de Arabidopsis thaliana y, en el caso obtenerse mayor financiación, empezarían a trabajar en el desarrollo de “rosas resplandecientes”.

Logros en bioluminiscencia

Hasta el momento, recuerda Ars Technica, el atributo bioluminiscente en plantas se ha logrado con costosos fertilizantes (200 dólares el gramo), así que hay cierto escepticismo con el proyecto. Pero en la web de Glowing Plant Project aparece una infografía muy interesante sobre todo el proceso y el funcionamiento de estos árboles que nos inspira optimismo.

Este proyecto no solo es fruto del esfuerzo de Evans, sino del emprendedor israelí Omri Amirav, que diseñó una secuencia de ADN que permitía a las plantas emitir luz. Concibieron una campaña de crowdfunding en Kickstarter para obtener los 65.000 dólares necesarios para crear la primera planta. Y es que, a raíz de la Jobs Act, aprobada en 2012 por Barack Obama, ahora está permitido que pequeñas empresas recurran a inversores o particulares en su proyecto para buscar dinero.

El éxito de la campaña fue apabullante, obteniendo casi medio millón de dólares. Sus posibilidades futuras son inimaginables, tal y como explica Juan Martínez-Barea en su libro El mundo que viene:

El objetivo final del proyecto es crear una nueva generación de plantas y árboles capaces de emitir luz en la oscuridad, que podrían sustituir a las farolas que iluminan las calles de nuestras ciudades, reduciendo enormemente la factura energética de los ayuntamientos.

Recompensa de los inversores

Según las bases del proyecto, todos aquellos que participen que aporten 40 dólares o más recibirán semillas para cultivar una de estas plantas en casa. Una vez que tengamos la planta, es sólo una cuestión de criar descendencia suficiente para cultivar las semillas.

Otras plantas bioluminiscentes

BiotecnologíaAunque estas primeras generaciones de plantas tienen todavía una débil intensidad, la idea a largo plazo es reemplazar la iluminación eléctrica o de gas con luz natural emitida por estos ejemplares.

Por ejemplo, las redes viarias y ferroviarias, puertos, aeropuertos o jardines públicos podrían iluminarse sin el coste eléctrico y de mantenimiento de cualquier alumbrado. Tanto es así que hay más proyectos de plantas bioluminiscentes en marcha.

Es el caso de la empresa de biotecnología Bioglow y su Starlight Avatar (en homenaje a las plantas biolumiscentes de la película de James Cameron), que ya es la primera planta bioluminiscente comercial.

Estas plantas se han basado en una investigación del biólogo molecular Alexander Krichevski realizada en el año 2010.

Su potencia probablemente nunca será equivalente a la iluminación de una bombilla LED, pero quizá podría sustituir algunos tipos de iluminación menos exigentes, como la decoración de un jardín o la delimitación de un carril-bici.

Los investigadores de Bioglow han modificado el ADN de la especie ornamental Nicotiana alata para que produzcan luz durante todo su ciclo de vida, a diferencia de los animales luminiscentes, que sólo brillan de forma discontinua. Su ciclo de vida dura entre dos y tres meses.

Los genes para la producción de luz provienen de bacterias marinas introducidos en los cloroplastos de los vegetales. Su luz es verdosa y tenue (entre 5.000 y 10.000 lux) y para generen luz de forma óptima debe mantenerse a una temperatura de unos 25-26ºC

El futuro en biología sintética

La biología es la vida. Nosotros somos biología, nuestra comida, nuestros medicamentos, nuestras fuentes de energía. Todos vienen de estos principios y ahora nosotros somos capaces de programarlos directamente y manipularlos y eso es un cambio profundo que yo creo que va a ser una de las cosas más excitantes que van a pasar en la tecnología en los próximos 20 o 30 años.

Así pues, el futuro de la biotecnología se nos antoja inabarcable. Además de su aplicación en el desarrollo de biocombustibles, así como el auge de la bioinformática, la medicina personalizada es una de las primeras líneas de aplicación, seguida de la ingeniería de tejidos, que tiene un potencial extraordinario.

  • Investigadores de la Universidad de Panjab, por ejemplo, han empleado con éxitoproteínas víricas para erradicar colonias de bacterias responsables de graves infecciones humanas.
  • También se ha creado ya la primera carne artificial, lo que permite sortear los problemas morales y medioambientales que supone alimentar y matar animales para su consumo. La carne artificial está creada con las mismas células que la carne natural.
  • En 2013, investigadores de la Universidad de Maastricht ya anunciabanla primera hamburguesa obtenida de células madre de vacuno. Este tipo de hamburguesa tendrá un 96% menos de emisiones de gases de efecto invernadero y supondrá un 99% menos de superficie cultivada.
  • La biotecnología también puede transformar alimentos básicos en superalimentos, como sucede con el arroz doradoo un arroz modificado genéticamente que no solo podría ayudar a combatir el hambre, sino también el cambio climático.
  • También disponemos ya de un tomate transgénico donde se han expresado dos genes de la planta Antirrhimum majus, de manera que los nuevos tomates acumulan antocianos en concentraciones comparables a las que se encuentran en los arándanos o las moras.
  • En 2013, en la Universidad de Kioto ya se ha concebidoun ratón a partir de células madre, por primera vez en la historia.

El ADN incluso empieza a poder plegarse para crear objetos diversos, como si estuviéramos ejecutando papiroflexia u origami https://es.wikipedia.org/wiki/Origami con el código de la vida, todo ello a escala nanométrica (una bacteria de tamaño medio puede medir unos 10.000 nanómetros). El diámetro del ADN es de 2 nanómetros, y se usaría como material biocompatible de construcción.

El mayor impulso de este procedimiento ha sido llevado por el investigador Paul Rothemund, en 2006. https://en.wikipedia.org/wiki/Paul_W._K._Rothemund

El perfeccionamiento de esta técnica, desarrollado por investigadores del Instituto de Biodiseño de la Universidad de Arizona, ha permitido, usando hebras de ADN plegadas, producir formas tridimensionales de nano diseño con la forma de óvalos tridimensionales o balones de rugby, e incluso un pequeño jarrón. Todos ellos son los primeros signos de una futura generación de nano máquinas concebidas para funciones específicas, que incluso recorrerán nuestro cuerpo para mejorar las funciones naturales del organismo.

Tal y como señala Evans, cualquier intento de imaginar ese futuro seguramente se quedará corto:

Para usar una especie de analogía, a finales de los ’80, Bill Gates dijo “Quiero poner un ordenador en cada casa y en cada oficina” y a día de hoy tenemos docenas de microprocesadores. Así que imagínate lo mismo aplicado en los próximos 20 o 30 años, vamos a tener la misma cantidad de aplicaciones biológicas, como microprocesadores tenemos hoy en día en nuestras casas y oficinas y, sinceramente, en nuestros cuerpos, en nosotros mismos y estas cosas nos permitirán crear un medio ambiente mucho más ecológico, sostenible y limpio.

Éste es el inconmensurable poder de la biotecnología, que aplicada a la bioluminiscencia con la que Antony Evans nos promete iluminar el mundo, reportaría a la humanidad tal cantidad de beneficios que no es exagerado comparar este hallazgo biotecnológico con refulgir de la antorcha de Prometeo.

Video de Evans

Vía Xataka 

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Rascacielos

Las ventanas de los rascacielos generarán electricidad

Que el sol es el futuro de la energía lo sabe hasta James Cameron. Pero no pienses sólo en paneles solares, de un tiempo a esta parte se ha hablado de varios  conceptos nuevos que nos ayudarán a aprovechar la luz del sol sin necesidad de instalarlos. Ahora una startup convierte las ventanas en electricidad.

¿Como son estas novedosas ventanas?

Estas ventanas convierten el viento y la lluvia en electricidad.

Se llama ”Solarwindow”  y está desarrollando una tecnología homónima con varias promesas interesantes. Es un revestimiento líquido que se puede aplicar en ventanas de cristal o acrílicas. Una capa muy fina hecha principalmente de hidrógeno y carbono que produce una matriz de pequeñas células fotovoltaicas orgánicas.

Lo primero que sorprende de SolarWindow es que es transparente, porque sólo bloquea la luz ultravioleta (como si lleváramos unas gafas de sol). El tinte del panel se puede personalizar con distintos colores, al estilo de los filtros de Instagram.

Otra sorpresa es que no sólo funciona con luz solar, también es capaz de generar energía en la sombra y a partir de la luz artificial. Por eso es más interesante que colocar paneles convencionales en la azotea, se puede aplicar en las cuatro fachadas de un rascacielos y el edificio recuperaría la inversión en un año, según calculan sus creadores.

Y como promete , al ser más eficiente, es “doce veces más beneficiosa para el medio ambiente que la energía solar convencional”. Una instalación de SolarWindow evitaría una emisión de dióxido de carbono equivalente a las que producen los coches tras rodar 3,5 millones de kilómetros. SolarWindow está asegurada por cuarenta y dos patentes.

¿Que tiene de novedoso?

Sabemos que los paneles solares no son nada nuevo, pero estas ventanas no funcionan con el sol.

Aprovechan la lluvia y el viento para generar suficiente energía eléctrica como para alimentar pequeños dispositivos. El secreto son unos nano-generadores integrados en el propio cristal e invisibles a simple vista.

El único indicador de que la ventana está generando electricidad es que el cristal se oscurece un poco con un tono azul oscuro cuando está funcionando.

La superficie de la ventana esconde dos tipos de nano-generadores, los primeros están en la capa exterior del cristal y se activan con la lluvia.

Esta capa consiste en diminutas pirámides con una pequeña carga negativa, la combinación de aire y agua suele proporcionar una carga positiva a las gotas de lluvia, así que cuando estas impactan contra la superficie del cristal generan la corriente eléctrica.

La segunda capa de nano-generadores está dentro del propio cristal, y consiste en dos láminas que convierten la tensión que el viento genera al empujar el cristal en corriente eléctrica.

Entre ambos sistemas, el primer prototipo de estas ventanas es capaz de generar suficiente corriente como para alimentar un smartphone en modo reposo.

Sus creadores en el Instituto de Tecnología Georgia, en Estados Unidos, trabajan ahora en una nueva versión que genere más energía y que sea capaz de almacenarla. Para ello añadirán una nueva capa de super capacitadores transparentes al cristal.

Si tienen éxito, las ventanas generadoras de energía podrían ser una realidad en los edificios dentro de unos años.

Vía Gizmodo

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Una hoja sintética capaz de crear oxígeno

El científico Julian Melchiorri, del ‘Royal College of Arts’ de Londres, ha desarrollado una solución para las situaciones en las que la falta de aire suponga un problema.

‘Silk Leaf’, es la primera hoja sintética que realiza la fotosíntesis por sí misma.

Estas hojas artificiales se componen en su mayor parte de cloroplastos suspendidos sobre una proteína de seda. “El material está extraído directamente de las fibras de la seda”

“Extraje los cloroplastos de las celdas de las plantas y los coloqué dentro de la proteína de seda. Como resultado, obtuve el primer material fotosintético que vive y respira como una hoja”, cuenta el científico.

Estos compuestos, encargados tradicionalmente de llevar a cabo la fotosíntesis, son los que permiten que este nuevo invento pueda convertir el agua, el dióxido de carbono y la luz en oxígeno. Un proceso que, además, se ve complementado por la seda, que permite estabilizar las moléculas orgánicas.

¿Cómo se aplicará la hoja sintética en la arquitectura o el diseño?

hoja

La ‘Silk Leaf’ se puede convertir en un componente indispensable de las llamadas ciudades ecológicas (o ciudades del futuro), este invento podría formar parte  en las estructuras arquitectónicas de los edificios, tanto en su exterior como interior, nuevos sistemas de fachadas ventiladas que revolucionarán la arquitectura moderna. Sistemas  de ventilación que permitirán la creación de más oxígeno del que se puede consumir o se podrían usar para cubrir los edificios de las ciudades y ayudar a crear más oxígeno del que se consume.

Vía www.gonzoo.com

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