Cómo convertir las bacterias en fábricas de antioxidantes naturales

Pensar que los alimentos del futuro podrían provenir de microorganismos puede parecernos extraño. Sin embargo, han sido una parte básica de nuestra dieta desde los albores de la civilización. Productos cotidianos como la cerveza o el vino ya se elaboraban gracias a procesos microbianos en Mesopotamia alrededor del 7000 a.C. Y alimentos como el yogur, en el que consumimos microorganismos vivos, forman parte de nuestra mesa desde hace milenios. Surgieron por casualidad, ya que sus mecanismos biológicos no se entendieron hasta bien entrado el siglo XIX, dominados por un grupo especial de microorganismos: las bacterias.

Hoy en día, el interés por las bacterias surge como respuesta a nuevos desafíos: alimentar a una población en crecimiento, desarrollar ingredientes para complementar nuestra dieta en un contexto de recursos limitados y cambio climático. Las sequías, los fenómenos extremos y la presión sobre los ecosistemas nos obligan a repensar cómo producimos alimentos.

En este escenario, las bacterias pueden convertirse en aliadas clave hacia una producción más eficiente y sostenible.

Bacterias fototróficas moradas.

La producción de biomasa bacteriana con potencial uso como alimento para humanos y animales es el foco de nuestra investigación por parte del equipo de Tecnología Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos, dentro del proyecto europeo Purple4Life. Las protagonistas de este proceso son las bacterias fototróficas de color púrpura (PPB).

Biomasa de bacterias fototróficas de color púrpura de diferentes tonalidades rojizas y anaranjadas, asociadas a la producción de carotenoides. M J. García López, DM Puiol, A. Prado.

Los PPB pueden crecer en ausencia de oxígeno, utilizar diferentes fuentes de energía y producir compuestos de alto valor agregado, como proteínas, nutracéuticos y antioxidantes. Su flexibilidad metabólica les permite adaptarse a diferentes sistemas de producción y convertirse en una auténtica plataforma para el desarrollo de bioproductos. Pero lo más innovador no es lo que producen, sino cómo podemos estimular su metabolismo para desarrollar nuevos alimentos más sostenibles.

Bacterias que usan electricidad.

En nuestros experimentos combinamos microbiología y electroquímica en los llamados sistemas bioelectroquímicos. En estos dispositivos, las bacterias electroactivas, como el PPB, crecen en el electrodo; especialmente en el cátodo, que actúa como donador continuo de electrones.

Un reactor bioelectroquímico con bacterias fototróficas de color púrpura creciendo sobre un electrodo. Derecha, detalle de un electrodo colonizado: la biomasa bacteriana utiliza electrones para fijar CO₂ y producir biomasa y compuestos de interés. M J. García López, DM Puiol, A. Prado.

En pocas palabras, suministramos a las bacterias una corriente eléctrica controlada que les proporciona los electrones necesarios para su metabolismo. Obtienen su energía de la luz y, gracias a este soporte eléctrico, pueden fijar dióxido de carbono (CO₂) como única fuente de carbono. De esta forma, no dependen de compuestos químicos caros, como el hidrógeno, el hierro o el azufre, ni de compuestos orgánicos solubles, como los ácidos grasos volátiles, que encarecen el proceso y requieren transporte y almacenamiento.

Así, el electrodo funciona como una “fuente pura y sintonizable de electrones”, permitiendo dirigir el flujo de poder reductor -la transferencia de electrones y protones desde moléculas orgánicas oxidadas (como la glucosa) a coenzimas- hacia diferentes destinos metabólicos: crecimiento celular, fijación de carbono o producción de compuestos antioxidantes.

Más que un experimento futurista, se trata de explotar la capacidad natural de ciertos microorganismos para intercambiar electrones fuera de la célula con su entorno.

Captura CO₂ y genera energía

Esta tecnología puede plantear una pregunta lógica: ¿es realmente un proceso sostenible? Para responder a esto, debemos considerar que las bacterias, como cualquier otro ser vivo, necesitan carbono para crecer. En lugar de utilizar compuestos orgánicos convencionales, como la mayoría de estos microorganismos, los PPB pueden utilizar CO₂, algo en lo que son, en cierto modo, similares a las plantas.

El CO₂ es uno de los principales gases responsables del efecto invernadero. Además, está presente en el biogás producido en procesos de digestión anaeróbica. Aunque el biogás es una fuente de energía renovable, su contenido en CO₂ y otros gases reduce su poder calorífico y, en muchos casos, impide que cumpla los estándares necesarios para su inyección a la red.

La integración de bacterias PPB en sistemas bioelectroquímicos permite resolver dos desafíos simultáneamente. Por un lado, la fijación biológica de carbono reduce la concentración de CO₂ en el biogás y contribuye a su purificación y mejora como biometano.

Por otro lado, ese mismo CO₂ es digerido y transformado en materia prima para la creación de biomasa alimentaria rica en antioxidantes.

Así, el sistema funciona como una plataforma integrada: avanza una fuente de energía renovable y, al mismo tiempo, produce ingredientes con alto valor agregado para la industria alimentaria. Es decir, permite que lo que antes era un gas de efecto invernadero residual se convierta en un recurso.

Esquema del proceso integrado: El CO₂ presente en el biogás es fijado biológicamente por bacterias fototróficas de color púrpura en un sistema bioelectroquímico, convirtiéndolo en biomasa y antioxidantes como carotenoides y coenzima K10. M J. García López, DM Puiol, A. Prado. ¿Y por qué nos interesa la producción de antioxidantes?

Entre los compuestos que las bacterias PPB pueden sintetizar, dos son particularmente valiosos: los carotenoides y la coenzima K10.

Los carotenoides son pigmentos naturales presentes en una gran cantidad de frutas y verduras, responsables de sus colores amarillo, naranja y rojo. Además de su función antioxidante, contribuyen a la protección de las células frente al estrés oxidativo, participan en el buen funcionamiento del sistema inmunológico y algunos de ellos también actúan como precursores de la vitamina A, necesaria para la salud de la visión y la piel.

Por su parte, la coenzima K10 es un compuesto clave en el metabolismo energético de las células y es muy utilizada en el sector cosmético y farmacéutico. Destaca por su papel en la producción de energía celular, su capacidad antioxidante y contribución a la protección cardiovascular y al envejecimiento saludable.

La producción de estos antioxidantes por parte de las bacterias PPB abre la puerta a la obtención de ingredientes bioactivos de forma más controlada. Además, es potencialmente más sostenible que los métodos tradicionales –como la extracción de plantas, la síntesis química o la fermentación convencional– vinculando la biotecnología, la salud y la alimentación del futuro.