AIE Espanola Biotecnologia Industrial

7/27/2019 AIE Espanola Biotecnologia Industrial

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Subplataforma deBiotecnologa Industrial

Agenda deInvestigacin Estratgica

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Desarrollo de una Agenda de Investigacin Estratgica (AIE)

para la Biotecnologa Industrial

(Traduccin del documento elaborado por la Subplataforma de Biotecnologa Industrial Europea)

ndice:

1. Introduccin ................................................................................................................................................22. La Biotecnologa Industrial Europea: una visin para el 2025....................................................................23. El impacto global del mercado de la biotecnologa blanca: El impacto en la economa.............................44. La cadena de valor de la biotecnologa industrial .......................................................................................65. Objetivos fundamentales de la investigacin en biotecnologa industrial y reas importantes de

investigacin y tecnologa..........................................................................................................................7

6. Las principales reas de investigacin y tecnologa - anlisis detallado .....................................................86.1. La importancia de las diferentes reas tecnolgicas ...........................................................................86.2. Anlisis detallado por rea tecnolgica ............................................................................................11

6.2.1. Enzimas y microorganismos novedosos ..............................................................................116.2.2. Genmica microbiana y bioinformtica...............................................................................136.2.3. Ingeniera y modelado metablicos .....................................................................................156.2.4. Fucionamiento y optimizacin de biocatalizadores.............................................................176.2.5. Diseo de procesos biocatalticos........................................................................................186.2.6. Ciencia e ingeniera innovadoras de fermentaciones ...........................................................206.2.7. Procesamiento post-produccin (down-stream) innovador..................................................21

7. Demostraciones y proyectos principales propuestos .................................................................................237.1. Biomateriales de altas prestaciones y nanocomposites.....................................................................237.2. Biorrefineras integradas...................................................................................................................277.3. Produccin de productos qumicos en masa .....................................................................................287.4. Enzimas oxidativas como biocatalizadores industriales para qumica fina y en masa......................297.5. Microorganismos mnimos y artificiales biologa sinttica ...........................................................30

8. Acciones adicionales.................................................................................................................................30Anexo1: Aportacin para las secciones de Biotecnologa Industrial y Tecnologa de Materiales de la

Agenda de Investigacin Estratgica................................................................................................................32

Anexo 2: Cuestiones de especial inters y reas prioritarias de la Agenda de Investigacin Estratgica

nacional ............................................................................................................................................................36

(8 de noviembre de 2005)


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1. Introduccin

La Biotecnologa Industrial, tambin conocida como biotecnologa blanca, es el moderno uso y aplicacin de

la biotecnologa para la produccin y procesado sostenibles de combustibles, materiales y productos

qumicos. Se utilizan enzimas y microorganismos para fabricar productos en sectores tales como el qumico,

agroalimentario, papelero, textil y energtico.

Nos hemos beneficiado de la biotecnologa desde hace tiempo, pero con el avance de las nuevas tecnologas y

con un mayor entendimiento del metabolismo celular y ciencias de materiales, han emergido y han sido

identificadas nuevas oportunidades. Un inters renovado en soluciones sostenibles a procesos industriales ha

contribuido a su reciente popularidad. La biotecnologa blanca moderna es, por tanto, una disciplina

relativamente nueva, con reas importantes de conocimiento todava sin explorar. Esto presenta un obstculo

de cara a una mayor explotacin, pero a su vez ofrece una tremenda oportunidad para futuras investigaciones.

Como un primer paso para incrementar el uso industrial de las ciencias biolgicas, se necesita una agenda

estratgica que cubra ambas, es decir, la ciencia bsica y aplicada. Ambas son esenciales; la ciencia bsica

para el desarrollo de la base de conocimiento fundamental y la ciencia aplicada para usar este conocimiento

con el fin de introducir productos y procesos innovadores.

La Biotecnologa industrial es por naturaleza una rea multidisciplinaria, que comprende la biologa,

microbiologa, bioqumica, biotecnologa molecular, qumica, ingeniera, etc. Esto puede suponer una

fortaleza, ya que combinando el conocimiento de especialidades cientficas diferentes se pueden crea

sinergias inesperada. Sin embargo, tambin puede ser una debilidad si varias disciplinas permanecenfragmentadas e inconexas. Son por lo tanto esenciales, buenos contactos y buena coordinacin, incluyendo la

formacin de equipos multidisciplinares, si la biotecnologa industrial quiere convertirse en un impulsor de la

innovacin y sostenibilidad en Europa.

2. La Biotecnologa Industrial Europea: una visin para el 2025

Europa se enfrenta a una seria de oportunidades y retos claves. Se ha dado un crecimiento econmico

continuo para el beneficio del viejo bloque de los 15 estados miembros, ms importante incluso por la

necesidad de integrar a los diez nuevos estados y llevar a sus ciudadanos a unos estndares de vida hasta la

media de la Europa del Oeste. Este objetivo puede slo alcanzarse mediante el uso de la estrategia del nuevo

Conocimiento para crecer de la Comisin Europea: para cambiar rpidamente a una sociedad basada en elconocimiento en la que el saber es usado para lograr un crecimiento econmico e incrementar la

competitividad de la Industria Europea. Esto debera ocurrir respetando el medioambiente y asegurando un

desarrollo sostenible para la sociedad europea. La biotecnologa industrial puede proporcionar: un crecimiento

econmico sin precedentes basado en la innovacin y una tecnologa benigna medioambientalmente

hablando. Por estas razones, tiene que haber una transicin de una sociedad basada en el uso de recursos

fsiles a una de mayor sostenibilidad, donde los recursos renovables contribuyan a las necesidades materiales

y energticas. La biotecnologa industrial es una tecnologa clave que puede hacer esto posible. El desarrollo

y uso de la biotecnologa industrial es esencial para la competitividad futura de la industria europea y

proporciona una base tecnolgica para la sociedad sostenible del futuro.


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En nuestra visin, Europa habr progresado sustancialmente hacia una bio-sociedad para el 2025. En

particular, la industria qumica europea considerar la biotecnologa como parte esencial de su proceso de

desarrollo, lo que aumentar su competencia y competitividad tcnica. Para el 2025, se producir un

incremento del nmero de materiales y productos qumicos usando la biotecnologa en alguno de sus pasos de

procesamiento. Los procesos de biotecnologa son usados para producir materiales y productos qumicos, de

otra forma no accesibles por medios convencionales, o productos ya existentes de forma ms eficiente.

La biotecnologa ser tambin usada para la conversin de las materias primas agrcolas en una variedad de

productos qumicos, bioplsticos, biocombustibles, medicamentos, etc. Al mismo tiempo, estos procesos

biolgicos supondrn unas reducciones de costes significativas, menos residuos y menor uso de energa, y una

mayor reduccin en nuestra dependencia de importaciones de materias primas petroqumicas cada vez ms

caras. En otras palabras, la biotecnologa permitir un uso ecolgico eficiente y creciente de recursos

renovables como materias primas para la industria. En el futuro, y en especial para usos no alimentarios, la

Biotecnologa Verde podra hacer una contribucin sustancial en la produccin eficiente de materias primas

agrcolas tales como los cereales, que a diferencia del petrleo, se han vuelto ms baratos como consecuencia

del incremento de los rendimientos en la agricultura.

El cambio de materias primas y tecnologas de proceso tambin cambiar nuestro paisaje industrial. La

biorrefineras rurales reemplazarn a las refineras portuarias de petrleo siempre que sea econmicamente

factible. Estas fbricas del futuro integrarn la agricultura y una parte de la industria qumica, convirtiendo la

biomasa en una serie de productos de valor aadido. La integracin puede incluso progresar hasta el punto deque las biorefineras produzcan alimentos, productos (bio)qumicos y energa a partir de una sola materia

prima. La agricultura por su parte ser apoyada y la economa rural desarrollada. La agricultura europea

depender menos de ayudas, y un tercio de su produccin ser usado en aplicaciones no alimentarias.

La seguridad industrial mejorar: la biotecnologa industrial permitir a una serie de industrias manufacturar

productos de una forma econmica y medioambientalmente sostenible.

Por ltimo pero no menos importante, la UE depende mucho del petrleo y gas importado para la generacin

de energa. Tal y como experimentos recientes han demostrado, el precio de ambos puede ser muy voltil, y a

largo plazo slo puede incrementarse, segn sigue creciendo la demanda de las limitadas cantidades de

recursos fsiles que pueden ser extradas de un modo econmicamente rentable. Los biocombustibles

constituirn un creciente porcentaje del combustible de los coches, y los recursos renovables sern usadospara generar una cantidad creciente de electricidad verde. Para el ao 2025 la energa derivada de la

biomasa, basada en biotecnologa, se espera que cubra un cantidad creciente de nuestro consumo energtico.

En 2025, la industria manufacturera ser todava el fundamento de una economa europea dinmica y

prspera. La industria se habr convertido en ms competitiva globalmente mientras reduce su impacto

medioambiental. La sociedad europea habr progresado significativamente hacia una sostenibilidad a largo

plazo, a la vez que reduce fuertemente su dependencia en recursos fsiles. La industria europea ser

innovadora y competitiva, con una cooperacin y apoyo sostenidos entre la comunidad cientfica, industria,

agricultura y sociedad civil.


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Esta visin slo se har realidad haciendo posible un apropiado mbito econmico y poltico que estimule la

investigacin e innovacin, al empresariado, la aprobacin del producto y el desarrollo del mercado. Este

respaldo ayudar a las industrias a producir productos eco-eficientes - cuando sea factible econmicamente - y

a beneficiarse del gran potencial que la biotecnologa blanca ofrece a la industria Europea.

En marcado contraste con esta positiva perspectiva, si Europa no se compromete a desarrollar esta nueva

tecnologa, nuestros actuales socios comerciales principales y las economas de desarrollo emergentes tales

como China seguirn adelante con inversiones en biotecnologa industrial. Competirn con Europa, cuya

economa se estancar gradualmente, en detrimento de la prosperidad y calidad de vida de sus ciudadanos.

Las aspiraciones de la agenda de Lisboa sern de una retrica vaca.

3. El impacto global del mercado de la biotecnologa blanca: El impacto en la economa

Una estimacin de McKinsey & Company1 (ver prxima figura) muestra que la biotecnologa puede ser

aplicada en la produccin del 10 al 20% de todos los productos qumicos vendidos para el ao 2010. Esta

estimacin est basada en el anlisis de la tecnologa y de las tendencias de mercado as como en el inventario

de las actuales actividades de I+D. La cuota de mercado fue calculada de abajo a arriba mediante

estimaciones del potencial de las aplicaciones de la tecnologa blanca entre los productos qumicos y los

grupos de producto clave.

Empezando por la industria qumica, la biotecnologa blanca har incursiones en un nmero de otras

industrias. Por ejemplo, las enzimas transformarn los procesos de produccin en la industria del papel, y

nuevos polmeros encontrarn mltiples aplicaciones en las industrias de automocin y de bienes de consumo.

1http://www.europabio.org/documents/100403/Innenseiten_final_screen.pdf


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Diferentes mercados qumicos introducen y usan la biotecnologa a niveles diferentes. El estudio muestra que

el impacto ms grande de la biotecnologa blanca puede estar en el segmento de productos qumicos finos,

donde hasta un 60% de los productos pueden usar la biotecnologa hacia el 2010. Un motor clave aqu es el

crecimiento de los productos farmacutocos biolgicos tales como los anticuerpos para el tratamiento del

cncer - drogas para las que no existe sntesis qumica tradicional. El impacto en el segmento de las

especialidades qumicas variar enormemente. Por ejemplo, las enzimas y las fermentaciones ya estn siendo

usados en la produccin de aromas y fragancias, mientras que otros mercados pueden estar todava dominados

por la qumica tradicional hasta despus del 2010.

Las primeras aplicaciones de la biotecnologa blanca en los segmentos de mayor volumen - polmeros y

productos qumicos a granel - han sido comercializadas. Sin embargo, en estos segmentos determinados

avances tecnolgicos y medidas de polticas determinar la ltima adopcin de la biotecnologa blanca.

Como puede verse en la figura siguiente, la biotecnologa blanca ser clave para la competitividad de muchas

de las industrias europeas que ya estn usando procesos biotecnolgicos, incluyendo productos qumicos,

productos textiles y de piel, alimentacin animal, papel, energa, metales y minerales, as como el procesado

de residuos. Las estimaciones de McKinsey muestran que la industria qumica en solitario podra generar un

valor aadido adicional de hasta 11 a 22 mil millones de Euros por ao para el 2010, dependiendo de si la

adopcin es rpida o lenta. Dos fuentes contribuirn a esto. Una es los menores costos de las materias primas

y del procesado, combinado con inversin de menor escala en las plantas de fermentacin. La otra es losingresos adicionales de productos innovadores, nuevos o de elevadas prestaciones.


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4. La cadena de valor de la biotecnologa industrial

Actualmente, se pueden distinguir dos tipos de materias primas en la cadena de valor de la biotecnologa

industrial para la produccin de combustibles, productos qumicos en masa, materiales y especialidades

qumicas. Las materias primas fsiles se suelen usar para la bioproduccin de ciertos compuestos por enzimas

y/o microorganismos. Estos tipos de conversiones estn tpicamente limitados a bioespecialidades, tales como

los productos qumicos finos, y por tanto, se realizan a una relativamente pequea escala en comparacin con

los procesos biotecnolgicos industriales que usan materias primas renovables. Actualmente, el uso de

materias primas renovables, tales como los productos y subproductos agrcolas, est ganando importancia

como material inicial para nuestra futura cartera de productos. Los materiales agrcolas, entre los que se

incluyen la (ligno) celulosa o el almidn, se convierten primero en azcares, los cuales son posteriormente

transformados en una amplia variedad de productos va fermentacin. Tambin los residuos orgnicos

agrcolas podran ser valorizados de este modo. Para lograr esto, diferentes disciplinas cientficas, incluyendo

la bioqumica, microbiologa, genmica, protemica, bioinformtica e ingeniera de procesos son reunidas

bajo el paraguas de la biotecnologa blanca.

La base de cualquier proceso biotecnolgico (bioprocesos) es el uso de enzimas o clulas enteras,

principalmente microorganismos. La modificacin gentica, tambin conocida como tecnologa de ADN

recombinante, permite hacer microorganismo a medida que den mayor rendimiento de productos qumico

concretos, o incluso producir productos nuevos si los genes son transferidos desde otros organismos. El

incremento de la eficiencia de la reaccin permite un mayor mbito para reemplazar los proceso

convencionales establecidos por otro ms limpio, la fermentacin a ms baja temperatura, en un ambienteaislado seguro. La naturaleza altamente especifica de las enzimas significa que los productos qumicos pueden

producirse en una forma ms pura, y que los procesos biolgicos no slo requieren menores aportaciones de

productos qumicos, sino que tambin producen flujos de residuos menores y ms manejables.


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5. Objetivos fundamentales de la investigacin en biotecnologa industrial y reas importantes de

investigacin y tecnologa

Desde una perspectiva de negocio los objetivos principales para I+D en la biotecnologa industrial son:

El descubrimiento y optimizacin de cepas y biocatalizadores El desarrollo y produccin de productos y procesos nuevos e innovadores

de una manera eficiente desde los puntos de vista del coste y de la ecologa Hacer uso de materia primas renovables como fuentes adicionales

En general, la mayora de los procesos biotecnolgicos industriales desarrollados hasta la fecha usan la forma

biocataltica ms efectiva y conveniente, que es un microorganismo completo. Sin embargo, esto no excluye

el uso de organismos superiores, en particular, cultivos de clulas vegetales, animales y humanas, o el uso de

enzimas aisladas, ya que estas ltimas pueden ser fcilmente combinadas con por ejemplo catalizadores

qumicos. En todos los casos, el factor principal es la produccin eficiente atendiendo al coste y a los aspectos

ecolgicos de los compuestos deseados mediante:

el desarrollo del mejor catalizador biolgico para una funcin o proceso especfico, la creacin del mejor ambiente posible para la catlisis a realizar, la separacin, purificacin y posterior conversin qumica de los productos deseados a partir del proceso

de fermentacin.

El primer aspecto tiene que ver con la bsqueda del mejor biocatalizador posible, con funcionalidades

mejoradas o totalmente nuevas.

Otra parte importante de la biotecnologa blanca tiene que ver con el sistema de contencin o bioreactor en el

que debe funcionar el catalizador. Aqu el conocimiento combinado del cientfico y del ingeniero de

bioprocesos interaccionan, proporcionando el diseo y la instrumentacin para el mantenimiento y control delambiente fsico-qumico, tal como la temperatura, aireacin, pH, etc., permitiendo la expresin optima de las

propiedades biolgicas del catalizador.

El tercer aspecto, el procesamiento post-produccin (downstream) puede ser un procedimiento tcnicamente

difcil y caro. El procesamiento post-produccin est primeramente relacionado con la separacin inicial del

medio del bioreactor en una fase lquida y una fase slido, y la consiguiente separacin., concentracin y

purificacin del producto. Adems ello incluye la posterior conversin qumica del producto de fermentacin

para conseguir el compuesto final deseado. Los principios de la ingeniera qumica juegan tambin aqu un

papel fundamental en trminos del diseo y operacin de los sistemas de separacin. Mejoras en el


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procesamiento post-produccin beneficiarn la eficiencia general y el coste de los procesos y har losprocesos basados en biotecnologa competitivos frente a los procesos qumicos convencionales.

Como resultado de las reflexiones con las principales partes interesadas, 7 reas principales fueron

identificadas:

Nuevos enzimas y microorganismos Genmica microbiana y bioinformtica Ingeniera i modelado metablicos Funcionamiento y optimizacin de biocatalizadores Diseo de procesos biocatalticos Ciencia e ingeniera de fermentacin innovadoras Procesamiento post-produccin innovador

6. Las principales reas de investigacin y tecnologa - anlisis detallado

6.1.La importancia de las diferentes reas tecnolgicasSe decidi trabajar alrededor de tres categoras de producto: una relacionada con el input del proceso

(definicin y uso de biomasa, recuperacin de residuos, conversin en azucares fermentables, etc.), una

relacionada con (nuevos) bioprocesos y bioproductos, y una especficamente dedicada a la produccin debiocombustibles.

Teniendo en cuenta la completa cadena de valor de la Biotecnologa Industrial y los objetivos fundamentales

de I+D, las reas de investigacin y tecnologa puede ser mostradas frente a las reas de producto. Mediante

el uso de una o ms cruces se puede acentuar la importancia de una tecnologa particular (ver tabla).


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Durante reuniones de trabajo especficas, se realizar una descripcin y una prospeccin detalladas de las

diferentes tecnologas, al igual que un anlisis SWOT, y sern definidos las necesidades y retos.

Mientras, durante la preparacin de este documento de trabajo, a partir de la Agenda de Investigacin

Estratgica se realiz por los socios industriales un primer anlisis SWOT de distribucin de productos

comerciales en la UE. Los resultado se muestra en la tabla siguiente.

2lc : lignocelluloses : starchvo : vegetable oils

3Specific research on modifying crops for the production of bioproducts or bioenergy (such as high value biomass) will be treated incollaboration with the Platform Plants for the Future.

4Biofuel: ethanol, biodiesel, butanol, new oxygenates


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Para la UE:

Desafos clave:

Teniendo en cuenta esto, se han identificado algunos retos cientficos y tecnolgicos generales clave.

En el rea de Biomasa, son:


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Identificacin de las materias primas de biomasa competitivas que son ms apropiadas para lasnecesidades de la UE (disponibilidad y precio competitivo)

Realizacin de estudios de evaluacin del ciclo de vida y de ecoeficiencia para identificar las materiasprimas de biomasa ptimas para la UE

El desarrollo y optimizacin de procesos viables para la conversin de materiales de biomasa en azcaresfermentables (por ejemplo, enzimticos, fsicos, qumicos o combinacin de ellos)

Creacin de valor aadido para los co- y subproductos de los bioprocesos, para mejorar sus aspectoseconmicos

El desarrollo de bioprocesos basados en otras materias primas alternativas tales como la lignina o elglicerol, para las industrias qumica y energtica

El desarrollo de un ciclo de fermentacin de bucle cerrado (en el que los biorresiduos de un procesopuedan ser reciclados para alimentar otro proceso), por ejemplo, la pulpa de remolacha zucarera como

una materia prima de biomasa sin explotar para uso futuro

En el rea de Bioprocesos y Bioproductos, son:

Como es difcil reemplazar productos existentes a causa de los (a menudo) altos precios del bioproducto,deben ser desarrollados procesos ms eficientes, o deberan ser desarrolladas o identificadas nuevas

propiedades para el bioproducto

El desarrollo de nuevos (bio)productos con mayores prestaciones en aplicaciones existentes El desarrollo de bioproductos innovadores con nuevas aplicaciones y propiedades. Un obstculo clave

ser la identificacin de aplicaciones completamente nuevas.

En el rea de Bioenerga, fueron identificados los siguientes retos clave tecnolgicos adicionales:

El desarrollo de enzimas ptimas y sistemas de fermentacin robustos (por ejemplo: microorganismos yenzimas termoflicos) capaces de convertir directamente la celulosa y fermentarla en etanol

Hacer estas tecnologas eficientes desde el punto de vista del coste El desarrollo de nuevos procesos fermentativos basados en el glicerol procedente del biodiesel como

fuente de carbono

En prximas reuniones de trabajo los retos tecnolgicos y cientficos clave sern definidos, desarrollados yampliados en mayor detalle en conjuncin con las partes participantes.

6.2.Anlisis detallado por rea tecnolgica6.2.1. Enzimas y microorganismos novedososLa biotecnologa industrial est continuamente buscando microorganismos y enzimas novedosos. La

diversidad de microorganismos y las molculas que contienen o los procesos que realizan son absolutamente

inmensos. Estas enzimas y microorganismos pueden encontrarse en casi todos los ecosistemas. Modificando


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el ADN de estos organismos es posible optimizar estos procesos y adaptarlos al uso en la industria. El cultivode las muestras puede llevar por ejemplo al aislamiento de extremfilos novedosos a partir de

emplazamientos especficos.

Como las principales limitaciones de las enzimas son su precio y su disponibilidad industrial, el encontrar los

microorganismos y enzimas ms apropiados son los puntos clave para la viabilidad econmica de los nuevos

bioprocesos y bioproductos. El cribado (screening) es, por naturaleza, un paso esencial que requiere una

inversin importante. Est claro tambin que se necesita mejorar y facilitar los procesos de produccin.

El reconocimiento de que la mayora de microorganismo en el medio ambiente no puede ser cultivada por

mtodos estndar estimul el desarrollo de la metagenmica. Debido a la relativa ineficiencia de las tcnicas

de cultivo de laboratorio estndar, la riqueza potencial de los recursos biolgicos en la naturaleza es todava

relativamente desconocida y no caracterizada. La metagenmica representa un potente instrumento para

acceder a la abundante biodiversidad de muestras nativas medioambientales. La valiosa particularidad de la

metagenmica es que proporciona la capacidad de caracterizar de forma efectiva la diversidad gentica

presente en las muestras independientemente de la disponibilidad de tcnicas de cultivo en laboratorio. La

informacin de las bibliotecas de metagenmica puede enriquecer el conocimiento y las aplicaciones de

muchos aspectos de la industria.

Las nuevas tecnologas de cribado de alta capacidad (high throughput screening) de bibliotecas y

organismos para la clonacin y expresin de genes diana es otra tecnologa esencial. Mediante el uso de la

robtica, test predictivos especficos tienen que ser desarrollados para limitar el campo de candidatos aaquellos genes que con alta certeza puedan producir la protena deseada cuando se transfieran a un

microorganismo husped.

Qu tipo de investigacin proponemos?

En el rea deBiomasas y Biocombustibles, la atencin debera centrarse en convertir y/o degradar la materia

prima de biomasa de la UE mediante

La identificacin y desarrollo de mezclas innovadoras que contengan enzimas y microorganismosnovedosos que sean adaptados para convertir la biomasa de la UE en azcares fermentables: por ejemplo

paja de trigo, pastos, astillas de madera, pulpa de remolacha azucarera, etc.

El desarrollo de microbios robustos para fermentacin para simplificar y mejorar la eficiencia del procesode fermentacin a etanol

El desarrollo de nuevos procesos (combinacin de fsicos, qumicos y enzimticos/microbianos) paraproducir a partir de la lignina por medio de enzimas y microorganismo molculas aromticas para la

industria

En el rea deBioprocesos y Bioproductos, una atencin especfica debera dirigirse hacia


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La bsqueda de enzimas y microorganismos novedosos de ambientes especficos o extremos(extremfilos) tanto por aislamiento directo como por tcnicas metagenmicas para crear un rango

creciente de procesos biolgicos de uso industrial

La implantacin de herramientas y tecnologas nuevas, sencillas y rpidas para descubrir la funcionalidady propiedades de (nuevas) enzimas (tecnologas de cribado de alta capacidad)

Nuevas tecnologas para posibilitar que los organismos extremfilos sean susceptibles de ser sometidos atcnicas de ingeniera metablica

6.2.2. Genmica microbiana y bioinformtica

La clave para entender las actividades de los microorganismos reside en un mejor conocimiento de sugentica. Con un buen mapeo genmico, estaramos en una mejor posicin para identificar rutas metablicas

deseables y adaptarlas a los procesos de fabricacin. Avances recientes en biologa molecular y en el

equipamiento disponible para la investigacin en este campo han permitido la cada vez ms rpida

secuenciacin de grandes porciones de los genomas de varias especies. Esta avalancha de informacin ha

requerido un almacenamiento, organizacin y catalogacin cuidadosos de la informacin contenida en las

secuencias. Las ciencias de la informacin han sido aplicadas a la biologa para originar el campo

denominado bioinformtica. A pesar de que el almacenamiento y organizacin de millones de nucletidos

est lejos de ser banal, el diseo de una base de datos y el desarrollo de un interfaz en la que los

investigadores puedan acceder a la informacin existente y enviar nuevas entradas son slo el principio.

Los programas de secuenciacin de genomas microbianos han identificado un gran nmero de genesmicrobianos, incluyendo numerosos genes de funcin desconocida y muchos genes que codifican protenas

potencialmente tiles para la biotecnologa industrial. Las actividades de secuenciacin de genomas continan

a un ritmo incluso ms rpido. Una similar rpida acumulacin de grandes grupos de datos est ocurriendo en

otras actividades a escala genmica, tales como el anlisis de microarrays de expresin de transcriptomas, el

anlisis de proteomas, el anlisis de interactomas de protenas, etc. Estos mtodos genmicos han sido

excepcionalmente potentes en la provisin de un gran nmero de genes candidatos para su posterior anlisis

experimental. Sin embargo, estos ltimos se han desarrollado de un modo mucho ms lento y se est abriendo

una brecha entre la acumulacin de informacin genmica y su evaluacin experimental y explotacin

prctica. Por ello, hay una escasez de mtodos capaces de identificar genes relevantes e informacin relevante

en la abundancia de informacin genmica disponible hoy en da.

La bioinformtica es el medio de trabajo de la biologa de sistemas, cubriendo actividades que van desde

anotaciones genmicas automatizadas a la integracin de grupos de datos dispares de diferentes actividades a

nivel de sistema. Estas actividades tendrn que ser extendidas e intensificadas ya que la velocidad de

generacin de informacin se ha incrementado a niveles sin precedentes.

De especial importancia para la biotecnologa industrial es la reconstruccin de rutas metablicas desde

secuencia genmicas anotadas, teniendo tambin en cuenta la informacin accesoria y sensible al contexto

tal como el agrupamiento de genes en el cromosoma, los eventos de fusin de protenas, la ocurrencia de

perfiles o signatura, y la presencia de sitios reguladores compartidos para deducir el acoplamiento funcional


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de protenas implicadas en procesos celulares relacionados (tal como una ruta). En este sentido, seencontrarn pronto disponibles la rpida evaluacin de las capacidades metablicas de cepas especficas y sus

implicaciones inmediatas para el diseo del proceso. Esto necesita ser complementado por el desarrollo de

algoritmos apropiados para evaluar sistemas infradeterminados. Cuando sea posible, esto debera incluir

tambin mecanismos reguladores conocidos, extrados de experimentos de las disciplinas -micas as como

de la literatura. Este es un prerrequisito sine-qua-non para la integracin de la informacin de diferentes

fuentes tales como la transcriptmica, metabolmica, protemica, etc.


Genmica microbianaLa genmica funcional microbiana se encuentra en el corazn del diseo y estudio de los bioprocesos

industriales futuros. Hablando en trminos generales, alterar nuestra percepcin del diseo del bioproceso

de dos formas fundamentales: i) expandir de forma dramtica el espacio genmico disponible que pueda

servir como fuente de entendimiento de las propiedades microbianas fundamentales, tales como las

funciones de los genes y los mdulos reguladores y como fuente para actividades novedosas o

modificadas; y ii) constituir la base intelectual de nuestra futura visin racional, basada en modelos, del

diseo celular para mejorar en varios rdenes de magnitud nuestros futuros esfuerzos para el diseo de

biocatalizadores.

Genes novedosos de funcin conocidaLa explosin de los proyectos de secuenciacin microbiana est abriendo un gran catlogo de nuevoscatalizadores al igual que una fuente in silico nica para el estudio de los fundamentos genticos del

diseo de cepas y de la historia evolutiva. Este recurso proporciona un acesso directo a mltiples variantes

de funciones ya identificadas que pueden servir para alimentar posteriores experimentos, como por

ejemplo equivalentes funcionales bajo diferentes condiciones ( tales como genes de hipertermfilos), o

como alimentacin para el diseo de enzimas multi-dominio. La adquisicin de genes para biocatlisis

combinatoria o para el diseo de rutas ser cuestin de simplemente seleccionar algoritmos apropiados

para buscar un espacio genmico en expansin permanente. En combinacin con nuestra capacidad

mejorada para sintetizar genes artificiales para segmentos de ADN cada vez mayores, el ensamblaje de

rutas artificiales pero adecuadamente diseadas para el husped de produccin seleccionado debera verse

facilitado.

Clarificacin de la funcin de genes desconocidosDeberamos estudiar racional y eficientemente la funcin de los genes de funcin hasta ahora desconocida

en disrupciones gnicas dirigidas y a nivel de sistema y en estudios de sobreexpresin, lo cual llevar a un

conocimiento mucho ms completo de los organismos modelo disponibles en biotecnologa blanca. Ello

requerir tambin mtodos novedosos para determinar el comportamiento de las cepas mutantes

resultantes ms all de la afirmacin digital de crecimiento/no crecimineto. Adems, el avance de nuestra

capacidad para integrar el contexto del segmento dado de ADN, inspirado por la diversidad de posibles

modos de realizacin a partir del espacio genmico ya muestreado, dentro de una anotacin de genes

tambin mejorar las asignaciones funcionales.


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Avance en el entendimiento de aspectos ms complejos

Ms all del nivel del gen, el esbozo a partir del gran espacio genmico permitir tambin delinear mucho

ms profundamente la estructura de aspectos ms complejos que son importantes para la biotecnologa

industrial, tales como la formacin de aromas y las rutas involucradas, las respuestas al estrs, las rutas

sintticas de productos naturales, etc. Finalmente, los avances en genmica comparativa revelarn los

mecanismos moleculares de cmo la evolucin conduce a enzimas novedosas, agrupaciones, e incluso

arquitectura de cepas, y ello nos instruir sobre los principios bsicos que necesitamos para reflexionar

sobre cundo disear cepas adecuadas para procesos biotecnolgicos.

BioinformticaConsiderando la gran cantidad de informacin que se genera desde los diferentes proyectos -micos, un

importante futuro papel de la bioinformtica es el anlisis automtico de datos en grandes grupos de

informacin, su interpretacin automtica, y su apropiada representacin visual al usuario. Adems, sera

necesario que la interpretacin fuera cualificada mediante la integracin de otros datos disponibles a partir

del trinomio proteoma/transcriptoma/metaboloma y de las observaciones de la bibliografa. Tales niveles

de integracin no estn prcticamente disponibles en la actualidad. Adems, necesitamos refinar los

mtodos estadsticos que se aplican al anlisis de datos para mejorar la obtencin de conocimiento a partir

de cantidades ingentes de datos. En ltima instancia, el objetivo de la bioinformticas ser abstraer

conocimiento y principios a partir datos a gran escala para presentar una completa representacin de la

clula y del organismo, y para predecir sistemas computacionales de mayor complejidad, tales como las

redes de interaccin en procesos celulares y los fenotipos de organismos completos.

Construccin de actividades sobre la genmica - biotecnologa de sistemasLuego del gran aumento de conocimiento relevante para la biotecnologa blanca, la genmica formar la

base de nuestros esfuerzos de diseo racional de cepas para los que necesitamos traducir los

conocimientos novedosos adquiridos en biocatalizadores industriales altamente eficientes. Una secuencia

genmica es aqu el punto de referencia para cualquier subsiguiente tecnologa exhaustiva de anlisis a

nivel de sistemas tal como la transcriptmica, protemica, o metabolmica. Varias cuestiones clave con

respecto a la biotecnologa de sistemas deben ser tratadas en los futuros esfuerzos de investigacin que

requerirn la interaccin de estas cuatro tecnologas, tal como la fisiologa de las cepas bajo los estreses

que ocurren durante el ciclo completo de un proceso de produccin. Sobre los recursos emergentes de la

comunidad de la biologa de sistemas, la biotecnologa necesita complementar los elementos ausentes ms

especficos del proceso, tales como el comportamiento bajo condiciones de produccin intensiva, el

impacto de reorganizaciones racionales de grandes partes del genoma de un organismo, la combinacin de

nuevos rasgos (tolerancia a disolventes, resistencia al estrs, productividad volumtrica elevada, etc) en un

organismo, y la aplicacin de este conjunto de conocimientos en el diseo de cepas de produccin

altamente efectivas.

6.2.3 Ingeniera y modelado metablicos


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Dado que los elevados rendimientos de los productos de los procesos microbianos son condiciones sine qua

non para su aplicacin industrial exitosa, la ingeniera metablica debera ser uno de los aspectos que

encabecen una poltica que pretenda fomentar la biotecnologa industrial, ya que pretende incrementar

directamente los rendimientos del producto o la eficiencia de produccin. La ingeniera metablica es la

mejora de las actividades celulares mediante la manipulacin de los transportes enzimticos y de las funciones

reguladoras de la clula, usando de un modo caracterstico la tecnologa de ADN recombinante. Ello se puede

lograr, por ejemplo, a travs de:

La introduccin de enzimas novedosas exgenas (por ejemplo, de extremfilos, etc.) en unmicroorganismo ptimo, que tenga propiedades atractivas con respecto a su velocidad especfica de

crecimiento, genoma, estabilidad, eficiencia de proceso, requerimientos de crecimiento..., pero queno esun productor natural de cierto metabolito. La gama de productos de una popular cepa de produccin

puede, por tanto, ser aumentada.

La optimizacin del metabolismo microbiano va la manipulacin de los niveles de enzima. Los nivelesde enzima pueden ser alterados para redirigir el flujo metablico hacia un metabolito particular. Esto

supone ms que la simple construccin de los bien conocidos organismos knock-out o mutantes de

sobreexpresin, ya que hoy en da el foco est cambiando desde una sobreexpresin masiva o

inactivacin de genes hacia un control estrecho.

Sin embargo, la aproximacin ms habitual para la optimizacin del metabolismo microbiano supone hacer

una conjetura basada en el conocimiento bioqumico de las rutas de sntesis para encontrar una modificacin

que pudiera mejorar o redirigir el flujo metablico hacia un compuesto particular. Esto tiene que ser puesto enprctica mediante la modificacin gentica de los microorganismos despus de lo cual la suposicin tiene que

probarse experimentalmente. Los modelos metablicos pueden ser de una gran ayuda para apuntarlar los

efectos de modificaciones individuales ya que ello ayuda a entender las interacciones metablicas y los

mecanismos reguladores dentro de la compleja red metablica. De esta manera ello ayudara a acelerar este

proceso ya que una hiptesis puede ser primero probada in silico para comprobar si las modificaciones

genticas originarn la mejora deseada.


La combinacin de tcnicas de genmica con la ingeniera evolutiva (seleccin de mutantes provistos deenzimas nuevas, mejores y en nmero superior).El cribado de alta capacidad demutantes es requerido

para acortar la fase de desarrollo de un nuevo proceso o producto. Vacos en nuestro conocimiento sobre

la red reguladora de las clulas va interacciones protena-protena, protena-ADN, etc. deben ser

rellenados. Esto tambin incluye la exportacin del producto desde las clulas y la compartimentacin

metablica en las factoras celulares eucariticas. Estos y otro aspectos de la regulacin celular deberan

ponerse en modelos matemticos. A este respecto lo crucial es que la informacin sobre el

funcionamiento celular debera ser obtenido para las condiciones que prevalecen en los procesos

industriales, que conllevan estrs, crecimiento lento, fluctuaciones en las concentraciones de nutrientes,

uso de mezclas de sustratos (tales como mezclas de D-glucosa, D-xilosa y L-arabinosa, originadas a

partir de la hidrlisis de la biomasa), la formacin del productos bajo condiciones de mantenimiento,


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cinticas de transporte de membrana en las condiciones extremas de los biorreactores industriales,permanencia del producto en relacin a la recuperacin de producto, etc.

Investigacin en ingeniera metablica avanzada para la produccin eficiente de bioetanol, biomateriales,productos qumicos en masa y especialidades incluyendo molculas enantiopuras. Investigacin en el

diseo e invencin de nuevas rutas y/o redes enfocada en productos nuevos no naturales, y en la

ampliacin de la gama de huspedes industriales microbianos de produccin.

Modelado matemtico del metabolismo microbiano, dirigido hacia los modelos del estado estacionario ydinmico, incluyendo el desarrollo de herramientas metodolgicas, particularmente para anlisis de flujo

y medicin de metabolitos intracelulares.

Expresin de protenas: En este rea, la investigacin debera centrarse en la tecnologa de huspedes deexpresin (no para ser compartida a nivel competitivo con el mbito acadmico, sino de inters a un nivelpre-competitivo) mediante:

- La profundizacin en el conocimiento de la sntesis, expresin, plegamiento, modificacin ysecrecin de protenas heterlogas

- El descifrado de las rutas de secrecin y el conocimiento de cmo manipularlas- El desarrollo de huspedes microbianos novedosos para la ptima produccin de protenas.

6.2.4 Fucionamiento y optimizacin de biocatalizadoresTcnicas tales como la ingeniera de protenas, gene shuffling y tcnicas de evolucin dirigida posibilitarn el

desarrollo de enzimas ms adecuadas a ambientes industriales especficos. Estas herramientas permitirntambin la sntesis de nuevos biocatalizadores para aplicaciones completamente novedosas, por ejemplo, la

produccin de compuestos no naturales.

Las enzimas son capaces de realizar reacciones con velocidades de conversin y especificidades elevadas. La

explotacin comercial de biocatalizadores es interesante debido a que los procesos biocatalticos pueden

rendir enantimeros estreo-especficos y muchos menos subproductos. Sin embargo, los biocatalizadores

naturales no se encuentran a menudo optimizados para su aplicacin industrial. La ingeniera de protenas es

el diseo y construccin de protenas mutantes, lo cual requiere un acercamiento multidisciplinar, que implica

tcnicas de ADN recombinante, tcnicas bioqumicas, cristalografa de protenas y representaciones grficas

computerizadas (modelizacin molecular).


Produccin estereoespecfica de enantimeros: desarrollo de herramientas para predecir in silico lasenzimas apropiadas basadas en el genoma

Un mayor entendimiento de las interacciones enzima-sustrato para posibilitar nuevas aplicaciones deenzimas o la sntesis de nuevos bioproductos

La optimizacin del funcionamiento enzimtico mediante la regeneracin o diseo de cofactores.Expansin de la aplicabilidad de las enzimas cofactor-dependientes: desarrollo de nuevos sistemas de

reciclado (enzimtico, qumico), cambio de la dependencia del cofactor, incremento de la eficiencia


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El desarrollo y optimizacin de biocatalizadores para sistemas robustos de fermentacin (altatemperatura, sistemas no-acuosos, etc.). Las reacciones enzimticas en disolventes no acuosos ofrecen

nuevas posibilidades para la produccin biotecnolgica de muchos productos qumicos tiles usando

reactivos que no son solubles en medios acuosos. Las enzimas en medios no acuoso encuentran

aplicaciones en sntesis orgnica, sntesis o resoluciones quirales, modificacin de grasas y aceites,

sntesis de polmeros a partir de azcares, etc.

Desarrollo y aplicacin de mtodos de cribado de alta capacidad ( high throughput screening, HTS) paraestudiar la actividad y (estereo)selectividad de libreras de enzimas y mutantes. Expandir la aplicabilidad

de los mtodos de evolucin dirigida (mtodos de HTS inteligente, ultra-HTS, mtodos novedosos para

crea libreras mutantes, etc.)

Desarrollo de cascadas de bioconversiones

Desarrollo de mtodos genricos para inmovilizacin/estabilizacin Crear nuevas funciones en armazones (scaffolds) enzimticos existentes (promiscuidad cataltica) Expandir el rango de enzimas tiles y/o utilizables para biocatlisis (ms enzimas oxidativas)6.2.5 Diseo de procesos biocatalticosLos procesos biolgicos que funcionan bien en el laboratorio necesitan un cuidadoso escalado si se desea que

sean igualmente efectivos a nivel industrial. Unos buenos conocimientos y tcnicas de ingeniera de procesos

son esenciales para esto. El diseo de procesos biocatalticos ptimos ofrecer grandes aumentos en la

eficiencia de la produccin de los productos qumicos principales tales como frmacos, aditivos alimentarios

o antibiticos al igual que en el tratamiento de las emisiones industriales y domsticas. Hoy en da, los nuevosdiseos son resultado principalmente del razonamiento basado en casos particulares. Es por ello que las

prometedoras interacciones de procesos son raramente descubiertas y explotadas en la prctica industrial. Por

tanto, hay una gran necesidad en la tecnologa de diseo sistemtico para una seleccin rpida y fiable de

nuevas configuraciones de proceso de alto rendimiento.

La tecnologa de micro-reaccin abre completamente nuevas posibilidades para la ingeniera qumica,

qumica combinatoria y biotecnologa. Dispositivos pequeos, baratos, independientes y verstiles aseguran

reacciones mltiples simultneas; la consecucin de una selectividad mxima, mnimo de residuos e

inversiones mnimas llevan a un mejor control del proceso, a una fabricacin segura y a una industria basada

en la produccin bajo demanda hacia unos procesos ms eficientes. ltimamente se estn desarrollandomicrorreactores enzimticos para numerosas aplicaciones tales como sensores, sntesis qumica, produccin

de energa y limpieza medioambiental. Merece la pena combinar las potencialidades de los microrreactores

con las peculiares propiedades de las enzimas (por ejemplo, condiciones suaves de reaccin, selectividad,

beneficios medioambientales, etc.)


Ingeniera de bioreacciones: diseo de biorreactores y biocatalizadores novedosos para una operacinms eficiente y posiblemente en continuo y para el desarrollo de procesos novedosos; reactores

multifsicos; sistemas multienzimticos y de clulas completas; reactores celulares novedosos. Rediseo


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de procesos existentes para una mejor integracin y reduccin de los pasos del procesos y de los flujos deresiduos; biosistemas novedosos para procesos existentes de sntesis qumica; diseo de procesos robustos

y econmicos con calidad y consistencia de producto aumentadas; desarrollo ms rpido de bioprocesos

por medio de estudios de reduccin de escala; procesos novedosos para la produccin optimizada de

bioproductos.

Procesos en un chip: micro- y nano-dispositivos (biochips) para anlisis qumico y bioqumico; biochipspara deteccin y seguimiento molecular y celular; reactores micro- y nanoenzimticos para incremento de

la actividad del biocatalizador e intensificacin y optimizacin del proceso.

Sistemas de multienzimticos y microreactores: los sistemas de multienzimticos, constituidos porcascadas de enzimas que catalizan reacciones en mltiples pasos, dirigirn la preparacin de biosensores

para kits de anlisis y diagnstico, seguimiento de procesos y sntesis de protenas en sistemas no

celulares. Los reactores analticos multienzimticos estn preparados para el seguimiento automatizado

on-line de nutrientes y metabolitos en cultivos celulares y corrientes de porcesos utilizando sistemas de

deteccin pticos y electroqumicos. Tambin se prev que desarrollen tcnicas de micro/nanofluidos para

el diseo y operacin de reactores micro-enzimticos. Los procesos enzimticos en mltiples pasos sern

tambin investigados mediante posicionamiento espacial o mezcla de diferentes enzimas dentro del

reactor, ya que esta metodologa posibilita que las reacciones en mltiples pasos sean realizadas de tal

forma que no sea necesario aislar los intermediarios.

Bioconversiones multifsicas con clulas completas y reactores a pequea escala: las bioconversionescon clulas completas deberan ser desarrolladas para la produccin de un amplia variedad de compuestos

relevantes y la mayora de ellas sern realizadas en sistemas multifsicos. La aproximacin a microescala

raramente ha sido aplicada en el campo de las biotrasformaciones con clulas completas, para tratar de la

identificacin de condiciones de operacin prometedoras, para caracterizar el sistema de bioconversin y

para establecer un sistema representativo de monitorizacin. Esto requiere un conocimiento de los

fenmenos subyacentes de la trasferencia y mezcla de masa a escala micro y la concomitante

modelizacin; y el desarrollo e implementacin de correlaciones adecuadas de ingeniera que permitan

una traduccin efectiva de la informacin recogida a escala de micro-frascos y frascos agitados para los

proceso a gran escala. El posterior escalado es el paso final esencial para finalmente valorar la validez de

las conclusiones recogidas.

Biorreactores multifsicos: para desarrollar biorreactores mutifsicos, deben se estudiados variosaspectos, tales como la caracterizacin hidrodinmica de biorreactores multifsicos de ascenso por aire

(air-lift), la transferencia de masa gas-lquido en reactores de alta concentracin de slidos, y los

fenmenos de transporte en microsistemas.

Otras reas de investigacin: la integracin de los flujos de materias primas y de residuos, el desarrollode procesos en continuo, la mejora de la robustez de los bioprocesos, la explotacin de la versatilidad de

las biorrefinera microbianas, el desarrollo de organismos multicelulares como biocatalizadores, las


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tcnicas de inmovilizacin en la produccin de productos qumicos, el desarrollo de procesos deproduccin hbridos (qumico/bio) y en cascada, etc.

6.2.6. Ciencia e ingeniera innovadoras de fermentaciones

Los procesos de fermentacin necesitarn una mejora continua a medida que el conocimiento de la fisiologa

y nutricin microbianas sea combinado con un mejor entendimiento de las prestaciones del biorreactor y un

mejor diseo del equipamiento. La ciencia e ingeniera de la fermentacin constituye la base de trabajo de la

mayora de las industrias de bioprocesos as como de aquellos sectores industriales que hacen uso de uno o

unos pocos pasos de bioprocesamiento en sus procedimientos. Esta disciplina est en la encrucijada de las

ciencias de la vida, la qumica y la ingeniera qumica, y posee como eje la implementacin de un cultivo

celular (procaritico o eucaritico) dentro de un biorreactor a escala de produccin. Aunque maduro en

comparacin con otros campos biotecnolgicos emergentes tales como la genmica y la ingeniera

metablica, la ciencia e ingeniera de fermentaciones se estn beneficiando de los avances en reas

especficas, incluyendo el escalado asistido por ordenador, la modelizacin y control de procesos. La

necesidad de flexibilidad dentro de las industrias de bioprocesos establecidas (fermentaciones de antibiticos

o fermentaciones de alimentos) dicta el diseo de biorreactores estndar (primariamente tanques agitados y ,

en menor grado, columnas de burbujeo o vasos de ascenso por aire) y el modo de operacin (la mayora en

batch o enfed-batch cclico), mientras que las aplicaciones nuevas y venideras (productos biofarmacuticos a

partir de clulas animales, biotratamiento de residuos txicos) pueden requerir un diseo de reactores y un

rgimen de operacion innovadores (perfusin en continuo, fed-batch con un perfil de alimentacin

adaptativo). El caso de la tecnologa de clulas animales es de especial inters porque el alto precio de launidad del producto final (anticuerpos terapeticos, citoquinas, etc.) podra justificar perfectamente el

desarrollo de biorreactores no convencionales y de esquemas de control de procesos de sofisticados. Este es

un rea con un potencial de crecimiento merecedor de ms inversin en I+D.

La bsqueda de ingredientes para medios de cultivo con efectos cuantificables en las prestaciones de un

bioproceso dado es ejemplificado por la tendencia actual hacia el uso en cultivos de clulas animales de

componentes libres de suero y de otros provenientes de fuentes animales y por el reciclado progresivo de los

residuos agroalimentarios dentro de medios para fermentaciones microbianas. Esta tendencia est vinculada a

su lmite lgico, con la implementacin de pautas de emisin cero.El tema de las medidas de contencin en

relacin a la potencial liberacin de organismos modificados genticamente debe ser tenido en cuenta.


El estudio de la influencia de las condiciones de fermentacin en la actuacin de los microorganismos,particularmente el estudio de las condiciones de estrs. La aplicacin de estreses especficos puede ser

beneficioso algunas veces. Habra que mostrar una atencin particular al estudio de la fisiologa de los

microorganismos bajo condiciones de crecimiento extremadamente lento, ya que el proceso normal de

fermentacin debera rendir un mximo de producto y no de biomasa microbiana. Las herramientas de

ingeniera deberan ser usadas para estrategias de diseo para la intensificacin del proceso.


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El reciclado de biorresiduos y la recuperacin de otros productos residuales (hacia una fermentacin debucle cerrad) - minimizando los biorresiduos por medio de la mejora de la eficiencia de la biocatlisis

Ya que las herramientas modernas de bioinformtica e investigacin genmica llevarn a unascepas demicroorganismos de alto rendimiento cada vez ms optimizadas la ingeniera de la fermentacin debe

avanzar al mismo ritmo que este desarrollo. Es necesario el acortamiento del tiempo de desarrollo del

proceso. Esto incluye, adems de una aproximacin basada en el conocimiento, el desarrollo de sistemas

de cultivo paralelo para hacer posible converger rpidamente el proceso de desarrollo en una solucin

optimizada.

Laingeniera de microrreactores estn introducindose en la biotecnologa. Esto incluye el desarrollo defermentadores de bajo coste, conceptos novedosos y alternativos de reactores y el desarrollo de

herramientas de simulacin para la modelizacin de los procesos de fermentacin en diferentes escalas.La integracin del proceso es un tema importante.

El desarrollo de continuo en vez de fermentaciones en fed-batch o en cascada, especialmente parabiocombustibles

La sustraccin in-situ del producto (ISPR) La automatizacin del seguimiento on line y de la modelizacin (transferencia de calor y masa) La co-fermentacin para la produccin simultnea de diferentes productos La reduccin del consumo elctrico (energa) El desarrollo y mejora de procesos baratos de fermentacin en estado slido La mejora de procesos robustos de fermentacin en continuo, y la ruptura del paradigma de

fermentaciones sumergidas (estado slido, fase gaseosa, lecho fluidizado)

El desarrollo de nuevas herramientas de medicin on-line para la optimizacin de bioprocesos, control deretroalimentacin y calidad de producto

El diseo de reactores innovadores6.2.7. Procesamiento post-produccin (down-stream) innovador

Histricamente, ha habido una falta de inters en el procesamiento post-produccin en comparacin con las

tecnologas de las fases previas del proceso en la biotecnologa industrial. Esa falta de inters ha resultado en

un obstculo tecnolgico en los procesos ms tradicionales por una deficiencia en equipos y sistemas de

automatizacin especializados y de alta capacidad. Sin embargo, debido a que tpicamente el 50-70% del

coste total de produccin en procesos tecnolgicos puede atribuirse al procesamiento post-produccin, es unaparte muy importante del proceso global. Disear un proceso tecnolgico econmicamente competitivo y

medioambientalmente sostenible significa considerar la separacin post-produccin necesaria para capturar el

producto final durante el diseo inicial del proceso. Es clave tener en cuenta los requerimientos globales del

procesamiento tan pronto como sea posible en el desarrollo de un nuevo proceso biotecnolgico industrial.

Los requerimientos especficos para obtener un proceso industrial efectivo y factible tienen que ser incluidos

en el programa de investigacin. Un procesamiento post-produccin innovador (empleando por ejemplo

tecnologa de membrana, tecnologa de fluidos supercrticos o tcnicas cromatogrficas) debe ser desarrollado

para procesar nuevos productos biotecnolgicos. Una dificultad adicional es el hecho de que el

procesamiento post-produccin es altamente especfico del producto. Esto hace que sea muy difcil tratar el


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procesamiento post-produccin de una forma genrica, y como tal, es a menudo ignorado en los programas deinvestigacin. Para captar el conocimiento referido al procesamiento post-produccin, deben ser desarrollados

sistemas expertos (con modelos integrados de los procesos unitarios usados en las plantas biotecnolgicas)

para asistir a los ingenieros de procesos a optimizar el diseo de procesamientos post-produccin

innovadores.

Para evitar los clsicos obstculos que se encuentran en el escalado de un proceso a escala de laboratorio a un

proceso industrial, es importante reconocer stos desde un principio. La integracin y intensificacin del

proceso es otra cuestin importante, especialmente para procesos biotecnolgicos que se mueven cada vez

ms en el mbito de los productos qumicos de bajo valore y grandes volmenes (los denominados

bioprocesos de materias primas). Se hace necesario maximizar la eficiencia, y minimizar los costes y

subproductos residuales para competir eficientemente frente a las opciones tradicionales. Alcanzar estos

objetivos significa acercarse al diseo de bioprocesos y separaciones post-produccin como un proceso

simple e integrado. En esta aproximacin, el biorreactor es considerado como una unidad de operacin que

integra las unidades de operacin pre- y post-produccin. Ejemplos de ello podran ser:

La intensificacin des proceso para la eficiencia energtica, la reduccin de los costes de inversin, laminimizacin de subproductos;

Las consideraciones qumicas, tales como la seleccin del disolvente, en relacin a los requerimientos depurificacin;

Los procesos en continuo frente a los procesos discontinuos o en batch; El reciclado de los flujos de los procesos post-produccin: en un bioproceso las posibilidades de

reciclado se encuentran a menudo mucho ms limitadas que en un proceso qumico. Sin embargo, el

posible reciclaje puede crear ms opciones para el diseo del proceso, con menos costes de

procesamiento o reduccin de los flujos de residuos.

Adems de diversas ventajas en comparacin con la sntesis organo-qumica convencional, un inconveniente

significativo es que las bioconversiones a menudo sufren de una productividad volumtrica baja. Dos razones

principales para ello son:

La presencia de productos de reaccin en el medio de fermentacin puede causar efectos inhibitorios otxicos en el microorganismo o biocatalizador, llevando a un uso ineficiente del biocatalizador.

Los equilibrios qumicos en bioconversiones son frecuentemente desfavorables para los productosdeseados, llevando a bajos grados de conversin.

Ambos efectos pueden ser superados si los productos son sustrados del medio tan pronto como se forman

(sustraccin in-situ del prodcuto o ISPR) o mediante procesamiento in-stream u otros innovadores de

procesamiento post-produccin. En la ISPR las tcnicas de separacin estn fsicamente integradas con los

biorreactores. Un modo de operacin muy cercano a ISPR es el procesamiento in-stream en el cual la

recuperacin del producto ocurre en el bucle de reciclaje alrededor del biorreactor.


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Adems de estos modos de operacin se habla de procesamiento post-produccin en todos los casos concombinaciones de tcnicas de separacin (hbridas), materiales recientemente desarrollado con alta

especificidad/selectividad (como membranas, electrodos, ligandos, adsorbentes, extractantes, resinas, etc.) o

modos de operacin en condiciones no convencionales.


La idea es desarrollar una caja de herramientas de tcnicas a un nivel conceptual; diferentes tcnicas para

diferentes grupos de compuestos. Con una bien equilibrada seleccin de tcnicas ser posible cubrir la

mayora de las cuestiones de recuperacin de productos en bioconversiones. Este tipo de investigacin debera

ser llevado a cabo por un consorcio de grupos de investigacin y usuarios finales. Todos los socios podran

usar posteriormente esta caja de herramientas para afinar una tcnica o una serie de tcnicas para sus propios

compuestos especficos.

Otras reas de investigacin en los campos del procesamiento post- y pre-produccin son:

Minimizar el flujo de residuos (tanto post- como pre-produccin) Desarrollar mtodos de produccin sostenibles sin subproductos Ahorrar agua y energa durante la extraccin de la biomasa Dirigir el equilibrio de reaccin Integrar la recuperacin post-produccin y la fase qumica posterior (qumica in-broth)

7. Demostraciones y proyectos principales propuestos7.1. Biomateriales de altas prestaciones y nanocomposites

Los biomateriales de altas prestaciones y los nanocompsites son materiales polimricos producidos por o a

partir de vegetales, microorganismo u otros bioproceso, y que estn caracterizados por una funcionalidad

especifica basada en la micro/nanoestructura del material, derivada de su autoorganizacin. Otros

biomateriales de altas prestaciones y nanocompsites son el resultado del diseo racional de biomateriales que

utiliza el principio de los materiales naturales autoorganizados. Hay cada vez ms inters en la preparacin de

superficies modificadas para bioadhesin, biosensores y administracin de medicamentos. Por lo tanto,

necesitamos investigacin multidisciplinar, combinando elementos de sntesis orgnica y polimrica, mtodos

fsicos, biotecnologa e incluso ingeniera. La combinacin de protenas y materiales inorgnicos, a menudo

con geometra especfica a escala nano, ofrece reas de productos nuevos e innovadores tales como productos

autolimpiables, autorreparables y sensores.

Una variedad de procesos en finas pelculas y de tcnicas de investigacin de superficies pueden ser aplicados

a proyectos orientados a nuevos materiales sintticos y biotecnologa. El desarrollo de nuevos polmeros

usando la biotecnologa es un campo de investigacin de un enorme potencial. Combinaciones de polmeros y

biomateriales naturales, al igual que polmeros y biomateriales sintticos, muestran una gran variedad de


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comportamientos estructurales y dinmicos complejos. Otros ejemplos son el diseo de nuevos materialesmulticompontentes y de polmeros reticulados con materiales tales como los derivados del quitosano y

polialquiln glicoles.

Nuevos biomateriales de altas prestaciones y nanocompsites son tiles para solventar diversos problemas que

tiene que afrontar la sociedad actual europea:

La elevada ingestin de medicamentos relativamente inespecficos para curar las enfermedadesprincipales. Los medicamentos son administrados a travs del tracto gastrointestival o del torrente

sanguneo pero normalmente deben ser activos en un lugar diferente. Sistemas de administracin

controlada especficos, biodegradables, no txicos deberan ser los ideales para transportar elmedicamento a su diana y liberarlo all y slo all. Esto disminuira dramticamente la cantidad total

administrada de medicamento necesaria y permitira el uso de medicamentos mucho ms eficientes.

La falta de tests rpidos de enfermedades. Sensores rpidos y fiables para la presencia de ciertasmolculas en fluidos biolgicos permitiran anlisis rpidos en fases en las que la enfermedad todava

puede ser curada.

La falta de mtodos para procesos de cicatrizacin rpida y regeneracin de tejido daado. La falta de tests rpidos de contaminacin biolgica. La contaminacin microbiana o la putrefaccin de

alimentos pueden causar serias amenazas a la salud, especialmente a grupos vulnerables, y los tests

rpidos de calidad y seguridad alimentaria seran beneficiosos.

La necesidad de materiales ms resistentes y ms ligeros, para tejidos de prendas de vestir y tapiceras,automviles, aviones, etc.

La necesidad de recubrimientos para tejidos de prendas de vestir y tapiceras, etc., con prestacionesespecficas como propiedades antialergnicas, propiedades teraputicas, permeabilidad a la humedad,

resistencia a las manchas, propiedades antiensuciamiento.

La necesidad de recubrimientos para ventanas, edificios, etc., con prestaciones especficas como laresistencia a las manchas, propiedades antiensuciamiento y similares.

La necesidad de agua potable limpia en lugares donde slo hay agua marina o agua contaminada.La razn para buscar bio-materiales reside en el hecho de que la dependencia de los recursos fsiles tiene que

reducirse, y en la inspiracin que se recibe de la Naturaleza proveniente de fenmenos de autoensamblaje y

autoorganizacion.

Para producir materiales con propiedades para resolver los problemas descritos arriba, se necesita una

investigacin extensiva en temas bsicos y aplicados.

En lo referente a la investigacin bsica, el estudio debera dedicarse a:

La base del ensamblaje molecular en sistemas vivos. La clula biolgica funciona por suautoorganizacin, pero cul es mecanismo molecular? Por ejemplo, cual es la naturaleza exacta de las

interacciones entre protenas y membranas? Esto debera llevarnos a un entendimiento molecular a un

nivel que permita hacer predicciones muy precisas con relacin a las formas de autoensamblaje de

biomolculas, y a la magnitud de sus interacciones.


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La base del reconocimiento molecular en sistemas vivos. Si entendemos cmo funcionan los receptoresde la Naturaleza, podremos disearlos y producirlos nosotros mismos y utilizarlos para hacer sensores

avanzados, por ejemplo para prevenir y detectar a tiempo enfermedades graves, para detectar agentes

txicos y riesgos biolgicos a bajas concentraciones, etc.

Usando el conocimiento obtenido de los estudios bsicos, debera ser posible desarrollar biomateriales para

las siguientes aplicaciones:

Liberacin controlada de medicamentos y nutrientes. Los biomateriales son ms biocompatibles y porlo tanto son vehculos ideales que pueden ser administrado a seres humanos. La investigacin debera

centrarse en poner a punto las propiedades de los materiales, como la bioestabilidad y biodegradabilidad.

Deben ser desarrollados sistemas nuevos y mejores para la encapsulacin de medicamentos y nutrientes.Son necesarios nuevos conceptos que tengan en cuenta las respuestas a los cambio fsico-qumicos que

provocan la liberacin del compuesto encapsulado. Por ejemplo, el pH en la proximidad de una clula

cancergena es ligeramente ms bajo que en las cercanas de las clulas sanas; el portador podra hacerse

de modo que respondiera a estos mnimos cambios de pH y liberara el medicamento.

La liberacin controlada de nutrientes ha sido incluida aqu de una forma deliberada. La curacin de

enfermedades es una solucin final y debido a que al edad promedio en Europa se est incrementado no

podemos permitirnos centrarnos slo en la gente enferma: debemos prevenir la enfermedad por medio de

la administracin de compuestos que mejoren de salud y prevengan la enfermedad. Estos compuestos

tienen que ser tambin transportados y liberados en la diana correcta.

Otra aplicacin de los materiales de liberacin controlada ser los productos de cuidado personal.

Biomateriales como apsitos curativos y/o armazones en ingeniera de tejidos. Algunos biomaterialescomo la celulosa bacteriana o el quitosano son conocidos com apsitos de curativos. Sin embargo, el

proceso de cicatrizacin puede ser aumentado o acelerado mediante la aplicacin simultnea de

compuestos bioactivos (nucletidos, oligopptidos y algunos lisofosfolpidos) que pueden actuar como

ligandos de receptores unidos a la superficie celular involucrados en la transduccin de la seal. La unin

de tales compuestos (o ligandos) a estos receptores puede estimular la proliferacin de queratinocitos,

fibroblastos, clulas endoteliales y otro tipos celulares que estn involucrados en el proceso de

cicatrizacin.

La investigacin debera centrarse en el uso de biomateriales como transportadores de ligandos

estimuladores de los receptores de la membrana celular y en la liberacin controlada de estos

compuestos. Se puede tambin considerar la modificacin qumica de los biomateriales existentes para

obtener una nueva generacin de apsitos curativos. Semejantes biomateriales modificados pueden ser

usados no slo como apsitos curativos sino tambin como armazones para cultivos celulares in vitro o

para ingeniera de tejidos. El crecimiento del tejido se ve fuertemente estimulado cuando se encuentra

presente un armazn adecuado; cuando el mecanismo por el cual las clulas reconocen sus sustratos

slidos sea conocido, se podrn idear biopolmeros (que deberan ser autodegradables en pocos meses)

que puedan actuar como plantilla para el nuevo tejido.

Biomateriales para rganos hbridos artificiales. Sera ventajoso desarrollar biomateriales conpropiedades especficas que protegieran las clulas transplantadas alognicas o xenognicas del sistema

inmune del receptor, evitando el uso de inmunosupresores.


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Materiales para envases inteligentes. Hasta la fecha, el objetivo del envasado ha sido principalmenteproteger el contenido frente a la suciedad, contaminacin y/o oxidacin. Sera til idear materiales de

envasado que actuaran como sensores, por ejemplo materiales que respondieran a la descomposicin de

la carne. Esto sera un indicador ms fiable de la calidad de los alimentos que una indicacin general de

la fecha de caducidad en el embalaje.

Recubrimientos antiensuciamiento respetuosos con el medioambiente. La adherencia de diversasformas de vida marina a los barcos son un serio problema que es contrarrestado mediante el uso de

ciertos productos qumicos txicos. Esto podra eludirse si se pudiera recubrir los buques con un material

que evitara la adhesin de los seres marinos. Esta es una aplicacin en la que el rechazo de las molculas

biolgicas es importante; entendiendo los mecanismos de reconocimiento molecular, se podrn tambin

disear un sistema que repela los componentes celulares. El antiensuciamiento es tambin un temaimportante en las membranas que son usadas para procesos industriales de separacin.

Materiales inteligentes (por ejemplo membranas, absorbentes) para separacin de (bio)molculas.Pueden usarse para desalinizacin o eliminacin de contaminantes del agua, o eliminacin de malos

olores de los alimentos. Alternativamente, pueden ser diseados en tal forma que el producto de una

reaccin (bio)qumica sea retirado del reactor, para desplazar un equilibrio de reaccin desfavorable al

lado deseado, o para separar una (bio)molcula deseada de una solucin diluida. La naturaleza es de

nuevo una fuente de inspiracin: la membrana celular posee numerosos mecanismos para acomplejar y

transportar de modo controlado (bio)molculas. El fenmeno del reconocimiento molecular involucrado

debera ser utilizado para el desarrollo de procesos inteligentes de bioseparacin.

Superficies y matrices inteligentes para la inmovilizacin de enzimas y receptores. Las enzimas sonlas herramientas de trabajo de la biotecnologa industrial y por varias razones es importanteinmovilizarlas en un soporte slido. Actualmente la inmovilizacin de enzimas es un proceso ms o

menos al azar; sera ventajoso disponer de superficies y matrices que interaccionaran con la enzima de tal

forma que la parte no cataltica de la enzima se uniera a la superficie, dejando la parte cataltica libre,

para asegurar una ptima actividad. Tambin los receptores debera ser inmovilizados de tal forma que

sus capacidades de reconocimiento permanecieran inalteradas. Un ejemplo podra ser el uso de

polipptidos estructurales como separadores para la inmovilizacin de diferentes enzimas en posiciones

distintas para permitir reacciones secuenciales, o polmeros catalticos. Los materiales desarrollados y las

tcnicas deberan ser aplicables a conductos y reactores de dimensiones nano. Se podra pensar en

nanotubos peptdicos o tejidos de seda natural (fibrona) como soportes slidos para la inmovilizacin de

enzimas.

Superficies autolimpiables. Una aplicacin podra ser los revestimientos para ventanas tales que fueranlimpiadas por la luz solar y la lluvia, o recubrimientos para ropas resistentes a las manchas. Yendo un

paso ms adelante se podra pensar en recubrimientos autorreparadores, como la pintura autorreparadora.

Ello tiene relacin de nuevo con los sistemas vivo, que son capaces de repararse a s mismos utilizando el

autoensamblaje; podra esto trasladarse a los sistemas no vivos?

Polmeros autoestructurados, que podran actuar como plantillas, o moldes para dispositivoselectrnicos, o como memorias. Cuando la fabricacin empleando aproximaciones convencionales

deductivas llegue a su lmite terico, el bio-autoensamblaje inductivo podra permitir la fabricacin de

dispositivos electrnicos en la escala de 10-20 nm.


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Hardware y software para anlisis, es decir, el reconocimiento molecular como un interfaz entre elordenador y la actividad biolgica. La comunicacin usando seales elctricas es muy comn en biologa

(por ejemplo, corriente inica o trasferencia de electrones). Numerosos sucesos de reconocimiento e

identificacin podran ser traducidos a seales elctricas y electroqumicas que permitiran realizar la

interconexin ordenador-biomolcula.

Nuevos biomateriales con propiedades que fueron consideradas imposibles en el pasado. Algunosde los biomateriales autoensamblados poseen propiedades fsicas notables (por ejemplo, la seda de araa

es ms resistente y mucho ms fexible que el acero). El entendimiento de la base molecular del

autoensamblaje podra permitir disear y fabricar materiales con propiedades nicas. Otro ejemplo podra

ser una combinacin de actividad antimicrobiana y unin selectiva a clulas tisulares especficas o

materiales inyectables que puedan ser usados para reparar o fortalecer tejidos daados o debilitados, porejemplo, tratamiento de la incontinencia por estrs y uso en ciruga plstica/cosmtica. Los materiales

composites naturales de resistencia excepcional, tal como el ncar, podran servir como fuente de

inspiracin para disear nanocomposites orgnicos-inorgnicos novedosos. Estos materiales deberan ser

bio-derivados o al menos bio-inspirados. Esto significa que estaran construidos en base a bio-unidades

bsicas, diseadas utilizando principios derivados de los biopolmeros, o hechos por modificacin

enzimtica de los biopolmeros.

7.2. Biorrefineras integradas

El actual inters por desarrollar nuevas tecnologas para la utilizacin eficiente de biomasa vegetal renovable

se espera que lleve a una eventual comercializacin de biorrefineras integradas que producirnconjuntamente alimentos, productos qumicos, combustibles y electricidad. Hoy en da, la hidrlisis

enzimtica de la parte celulsica de materias primas lignocelulsicas a glucosa y celobiosa es un modo

verstil y flexible de utilizar la biomasa lignocelulsica. La glucosa y la celobiosa producidas pueden ser

usadas directamente en las industrias alimentaria y biotecnolgica, o pueden servir como plataforma para

producir una gran variedad de productos qumicos en masa o especialidades, incluyendo la fermentacin a

etanol.

A escala de fabricacin, tiene que haber una integracin eficiente de varios pasos desde la manipulacin, al

transporte y procesado de la biomasa, la fermentacin en biorreactores, y cualquier procesado de los

productos qumicos y la recuperacin y purificacin finales de los productos, el reciclado de los productos

residuales. El nivel de sofisticacin y control construido durante mucho aos en la industria qumica tiene que

ser alcanzado tambin en las biorrefineras.

Las futuras biorrefineras deberan procesar necesariamente la cosecha entera. Esto significa que se deberan

incluir las partes lignocelulsicas de los vegetales (biomasa convencional o nueva).

La primera dificultad es bien conocida pero no est resuelta todava: la separacin eficiente de los tres

componentes principales: la celulosa, la lignina y las hemicelulosas. El problema del pretratamiento es su

severidad. Se encuentra bien establecido que las celulasas realizan una accin ms eficiente cuando la

estructura de la pared celular est aflojada. Pero esta severidad lleva a una degradacin parcial de los


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componentes. Hay una interaccin para buscar un compromiso entre la severidad del proceso y la eficienciade la enzima.

La valorizacin de la lignina es todava un reto importante a pesar de los numerosos esfuerzos de

investigacin. Cul debera ser la calidad de la lignina que se alcanzara para una aplicacin determinada?

Los biocombustibles son una de las principales salidas, pero tambin debemos interesarnos por ciertos

compuestos intermediarios para aplicaciones qumica o por molculas de alto valor aadido.

Dependiendo del tema, est claro que las necesidades de conocimiento son grandes y ataen a todas las reas

de investigacin previamente descritas en este documento.

Otros temas posibles en este proyecto son: el diseo de la infraestructura necesaria, el desarrollo de materias

primas y logstica, soluciones y/o reciclado de subproductos y residuos, la realizacin de una correcta eco-

eficiencia eco y de estudios de evaluacin del ciclo de vida para evaluar los sistemas integrados, el

incremento del uso efectivo del carbono, y de los recursos necesarios (agua, energa,), el pretratamiento de

biomasa, la posible integracin con el emplazamiento qumico o de agro-procesado, el impacto

socioeconmico, la importancia de disear sistemas flexibles de biorrefineras que pueda adaptarse fcilmente

a las necesidades comerciales para ciertos productos.

7.3. Produccin de productos qumicos en masa

Ejemplos bien conocidos de productos de biotecnologa blanca son la produccin fermentativa de

antibiticos, aminocidos, vitaminas y enzimas, productos relacionados con la medicina, alimentacin y

aplicaciones alimentarias. Muchos productos como los aminocidos cido glutmico, lisina, treonina y

triptfano son producidos exclusivamente usando microbios en procesos industriales a gran escala. En otros

casos, como la vitamina B2 hidrosoluble, los procesos biotecnolgicos han sustituido con xito la produccin

qumica, debido a sus menores costes y una eco-eficiencia mejorada. En contraste con esto, la mayora de los

productos qumicos y polmeros son producidos por sntesis qumica a partir de petrleo y gas. Sin embargo,

hay algunos ejemplos de bioproductos entre los productos qumicos industriales. Los disolventes acetona y

butanol, por ejemplo, fueron fabricados por fermentacin durante varias dcadas en el siglo pasado. Desde los

aos 50 estas fermentaciones han sido reemplazadas por sntesis qumicas ms eficientes y baratas. Esto

puede que vuelva de nuevo: los altos precios del crudo, la bajada de los precios de los recursos renovables, ylos progresos cientficos alimentan las expectativas de que la biotecnologa industrial sustituir muchos

productos qumicos en masa. Recientemente, nuevos procesos piloto y de produccin de biopolimeros como

el PHA o de biomonmeros como el 1,3-propanodiol o el cido lctico fueron anunciados por diferentes

compaas. La identificacin de ms rutas biosintticas para la produccin nuevos productos qumicos en

masa sigue siendo un reto cientfico. Un aspecto es conseguir que las materias primas renovables se

encuentren disponibles para la bioproduccin competitiva de productos qumicos en masa a bajo coste. La

conversin de los materiales lignocelulsicos en azcares de fermentacin puede ser una solucin. Es ms, las

rutas biosintticas deben ser diseadas para que metabolicen materias primas renovables a los productos


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qumicos deseados o a compuestos relacionados que puedan incorporarse a la cadena de valor de la qumicamediante conversin qumica incluyendo la denominada in broth chemistry y etapas baratas de purificacin.

La produccin de disolventes tales como el etanol, el isoproopanol, el butanol y la acetona a partir de

materiales lignocelulsicos como un proceso integrado podra ser un objetivo muy atractivo. Esto requiere de

equipos multidisciplinarios de especialistas en enzimas, en ingeniera metablica en todos sus aspectos y

nuevas tcnicas de procesado post-produccin tales como la recuperacion in-situ del producto. Tambin el

factor del estrs microbiano necesitara de una considerable atencin en este proyecto para superar las

inhibiciones por producto que estn reduciendo el rendimient

Date post:	14-Apr-2018
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