Una investigación coordinada por la Universitat de València descubre bacterias que podrían mejorar la producción de biogás

Científicos del proyecto de investigación europeo Micro4Biogas, que coordina el profesor de la Universitat de València Manuel Porcar han descubierto y caracterizado un nuevo orden taxonómico de bacterias especializadas en la descomposición de materia orgánica y que podrían ser clave para mejorar la producción de biogás. El grupo, al que han llamado Darwinibacteriales, es uno de los más abundantes en los reactores de producción de biogás, pero nunca había sido caracterizado en profundidad.

El descubrimiento ha sido realizado por investigadores alemanes, holandeses y españoles. Estos últimos pertenecientes al Instituto de Biología Integrativa de Sistemas de la Universitat de València y a la empresa Darwin Bioprospecting Excellence, las dos instituciones ubicadas en el Parc Científic de la Universitat de València. Tomaron 80 muestras de materia orgánica en descomposición de 45 plantas de producción de biogás a gran escala (en Alemania, Países Bajos y Austria) y secuenciaron su ADN para estudiar su composición microbiana. Sorprendentemente, los miembros de Darwinibacteriales estaban presentes en las 80 muestras, a pesar de las diferencias y la distancia entre estas plantas.

os científicos buscaban en su estudio a los principales actores microbianos del proceso conocido como digestión anaeróbica, por el cual la materia orgánica se degrada y luego se transforma en un gas de alto valor energético que tiene utilidad como combustible. Este proceso se considera una ‘caja negra’, ya que se desconocen las rutas metabólicas que desempeñan la mayoría de los microorganismos involucrados.

Mejorar la producción de biogás constituiría un cambio de paradigma en la industria energética, ya que reduciría la dependencia de los combustibles fósiles y de la energía importada. Pero la falta de investigación microbiológica ha frenado el sector.

"Este es un ejemplo muy bonito de algo que estaba ahí, que es fundamental para producir biogás, pero que permanecía oculto", valora Manuel Porcar, coordinador científico del proyecto Micro4Biogas y coautor de los artículos. "Nuestro trabajo muestra la punta de un iceberg microbiano que muy probablemente sea clave para la producción de biogás, pero que nunca se había caracterizado a nivel genómico".

Gracias a este descubrimiento, el siguiente paso para el equipo de Micro4Biogas será crear comunidades optimizadas y altamente eficientes de microorganismos productores de biogás. Su objetivo es conseguir que las plantas de biogás gocen de procedimientos más robustos y estas instalaciones sean menos dependientes de subsidios para operar de manera competitiva, lo que impulsaría las energías renovables en todo el mundo.

Un grupo de microorganismos ignorado

Para comprender la composición y diversidad de las comunidades microbianas presentes en todas las muestras recopiladas, se realizó un análisis taxonómico, secuenciando un gen específico (el gen 16S rRNA) en toda la muestra. Los resultados se compararon con bases de datos de referencia para determinar qué especies o taxones estaban presentes y su abundancia relativa.

MBA03 había sido identificado en estudios previos como un grupo de bacterias no cultivadas en el laboratorio, pero nadie le había prestado gran atención. "Generalmente se detectaba [este grupo] al analizar microbiomas a través de la secuenciación del gen 16s rRNA", explica Adriel Latorre, director del Departamento de Genómica en Darwin Bioprospecting y autor principal del estudio.

Para realizar una investigación más profunda sobre este grupo desconocido, se secuenciaron por completo 30 muestras en las que se había confirmado la abundancia de MBA03. "Pero, sorprendentemente, cuando analizamos los metagenomas completos de las 30 muestras, no detectamos MBA03 en ninguna de ellas. Esto reveló una limitación técnica: el genoma de este taxón no estaba disponible en las bases de datos. A partir de ese momento, nuestro objetivo estaba claro: teníamos que aislar el genoma de MBA03 y describirlo en profundidad", afirma Latorre.

Usando el conjunto de datos de Micro4Biogas, las reconstrucciones filogenéticas y filogenómicas corroboraron que MBA03 constituye un nuevo orden, es decir, el grupo taxonómico por encima de familia, género y especie. El nuevo orden ha sido bautizado como Darwinibacteriales.

Los científicos sospechan que una familia en particular dentro de este nuevo orden, los Darwinibacteriaceae, trabaja en colaboración mutualista con arqueas, otro tipo de microorganismos involucrados en la digestión anaeróbica. Las bacterias producen compuestos metabólicos que las arqueas utilizan para generar gas metano. Si se confirma esta relación, estas bacterias serán el objetivo principal para desarrollar estrategias para aumentar y mejorar la producción de biogás.

Proyecto Micro4Biogas

icro4Biogas es un proyecto financiado por la UE (H2020, número de acuerdo de subvención 101000470) que trabaja en el desarrollo de consorcios microbianos personalizados para aumentar la producción de biogás.

Reuniendo a 15 instituciones de 6 países (incluyendo universidades, empresas y el gobierno local de una ciudad española donde se construirá una planta de biogás de vanguardia), el proyecto tiene como objetivo aumentar el rendimiento, la velocidad, la calidad y la reproducibilidad de la producción de biogás, consolidando esta energía renovable como una opción viable desde el punto de vista ambiental, político y económico.

Publicaciones científicas

Roser Puchol-Royo, Javier Pascual, Asier Ortega-Legarreta, Pascal Otto, Jeroen Tideman, Sjoerd-Jan de Vries, Christian Abendroth, Kristie Tanner, Manuel Porcar, Adriel Latorre-Perez. 2023. Unveiling the ecology, taxonomy and metabolic capabilities of MBA03, a potential key player in anaerobic digestion. 

bioRxiv doi: https://doi.org/10.1101/2023.09.08.556800

Pascal Otto, Roser Puchol-Royo, Asier Ortega-Legarreta, Kristie Tanner, Jeroen Tideman, Sjoerd-Jan de Vries, Javier Pascual, Manuel Porcar, Adriel Latorre-Perez, Christian Abendroth. 2023. Multivariate comparison of taxonomic, chemical and technical data from 80 full-scale an-aerobic digester-related systems.

bioRxiv doi: https://doi.org/1