Extraer carbono del agua de mar mediante bacterias modificadas genéticamente.
28 de agosto de 2026
Las bacterias marinas modificadas genéticamente aceleran la biodegradación natural, con potencial para descarbonizar la atmósfera a escala industrial.
Por Benjamin Boettner
Esta foto muestra a Amogh Jalihal, Neil Dalvie y al miembro del equipo Mohammed Hijaz en el laboratorio de meteorización de rocas que equiparon con múltiples biorreactores de roca y agua de mar para llevar a cabo su estudio sobre la meteorización de rocas. Crédito: Instituto Wyss de la Universidad de Harvard.
BOSTON — La meteorización de las rocas, la descomposición y disolución de rocas y minerales causada por su exposición al agua, el aire y la vida biológica, es un regulador clave de los niveles de CO₂ atmosférico y del clima de la Tierra . A lo largo de la historia de la Tierra, la meteorización de las rocas ha sido más rápida durante los períodos cálidos con mayores niveles de CO₂ atmosférico . Los minerales disueltos finalmente llegan al océano, donde absorben CO₂ de la atmósfera y enfrían el planeta nuevamente. Si bien este termostato es responsable del clima templado del que disfrutamos en la Tierra, el ciclo de meteorización se produce a lo largo de cientos de miles de años.
En busca de soluciones climáticas, los científicos se han preguntado si se podría acelerar el ciclo de meteorización de las rocas, lo que ha dado lugar a que varias empresas nuevas se dediquen a la meteorización mejorada de rocas (ERW, por sus siglas en inglés). Al esparcir rocas de silicato trituradas sobre superficies agrícolas o en el agua, pretenden extraer el exceso de CO₂ de la atmósfera. Si bien esta estrategia es generalmente segura y respetuosa con el medio ambiente, aún es demasiado lenta para influir en el balance global de carbono o para ser económicamente viable a escala industrial.
Ahora, un equipo de investigación colaborativo del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard, el Departamento de Biología de Sistemas de la Facultad de Medicina
de Harvard (HMS) y la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford , liderado por la Dra. Pamela Silver , miembro fundadora del cuerpo docente del Instituto Wyss, y el Dr. Michael Springer , miembro asociado del cuerpo docente del Instituto Wyss, ha diseñado una posible solución a este problema.
Neil Dalvie
El equipo de investigación, encabezado por el Dr. Neil Dalvie , primer autor e ingeniero químico , modificó genéticamente la bacteria marina Alteromonas macleodii , muy extendida, para que produjera cantidades mucho mayores de los llamados sideróforos, moléculas que extraen hierro de los minerales de silicato. En biorreactores personalizados con un flujo continuo de agua de mar, la bacteria modificada aceleró la meteorización del mineral de silicato olivino en 2,6 veces, aumentando la cantidad de CO₂ que se eliminó del aire. Sus hallazgos se publican en Nature Biotechnology .
“Nuestro estudio adopta el concepto de ingeniería de inspiración biológica y cómo la biología sintética puede aplicarse para mejorar los procesos naturales de regulación climática, lo que en última instancia podría tener un impacto positivo en nuestro planeta”, afirmó Silver, quien también es profesor titular de Bioquímica y Biología de Sistemas (Cátedra Elliot T. y Onie H. Adams) en la Facultad de Medicina de Harvard (HMS) y, junto con Springer, fundó el Centro de Biología Sintética de la HMS. “Creemos que esta estrategia de ingeniería ambiental, de fácil aplicación y sin riesgos, podría implementarse en muchos lugares con resultados reales de descarbonización”.
Acelerar la geología con biología sintética.
Durante la meteorización natural de las rocas, los minerales de silicato como el olivino se disuelven para liberar principalmente magnesio (Mg), hierro (Fe) y silicato (SiO 4 ), atrapando el CO 2 atmosférico en el agua como bicarbonato (HCO 3 – ).
MgFeSiO 4 + 4CO 2 + 4H 2 O → Mg 2+ + Fe 2+ + H 4 SiO 4 + 4HCO 3 –
En concreto, el hierro liberado no es soluble al exponerse a la atmósfera. En su lugar, recubre la superficie del mineral en forma de óxido, lo que ralentiza todo el proceso.
4Fe 2+ + 3O 2 → Fe 2 O 3 (óxido)
Mediante la producción de sideróforos, las bacterias pueden capturar, solubilizar y absorber el hierro oxidado para sustentar su propio crecimiento. Esto, convenientemente, elimina el óxido de la superficie mineral, acelerando la erosión de las rocas.
Los investigadores utilizaron biorreactores personalizados para determinar cuándo las bacterias naturales producen sideróforos. Descubrieron que incluso una pequeña cantidad de mineral con hierro inhibía por completo la producción de sideróforos, lo que representa un gran problema para su producción a escala industrial. «Una vez que las bacterias silvestres tienen suficiente hierro para crecer, dejan de producir sideróforos por completo», afirmó el Dr. Neil Dalvie, primer autor y coautor del estudio, quien lideró el proyecto como investigador postdoctoral en el laboratorio de Silver. «Para permitir una meteorización mejorada a gran escala, modificamos genéticamente la bacteria A. macleodii para que produjera sideróforos de forma continua. Básicamente, desacoplamos la producción de sideróforos de los niveles de hierro ambiental».
Prueba de concepto en biorreactores de roca y agua de mar
Aunque al equipo le llevó aproximadamente un mes diseñar los microbios, el verdadero desafío fue demostrar que aceleraban la erosión de las rocas y eliminaban más CO₂ de la atmósfera. Para validar esto, Dalvie se asoció con el coautor Amogh Jalihal , Ph.D., investigador postdoctoral en el grupo de Springer en el Instituto Wyss y la Facultad de Medicina de Harvard (HMS). «Juntos, decidimos que la medición sería mejor en estado estacionario. Necesitábamos que el agua de mar y las bacterias fluyeran continuamente sobre los minerales», dijo Dalvie. Casualmente, el grupo de Springer había adquirido recientemente una sala entera llena de eVOLVERs, biorreactores a pequeña escala diseñados originalmente por Ahmad (Mo) Khalil , Ph.D., otro miembro asociado de la facultad en el Instituto Wyss y profesor Hok Lam y Kathleen Kam Wong de Bioingeniería y profesor de Biología Molecular y Celular en la Universidad de Harvard.
Ahmad (Mo) Khalil, Doctor en Filosofía.
Tras estudios preliminares a pequeña escala, el equipo construyó biorreactores a escala piloto, cargados con varios kilogramos de arena de olivino verde sumergida en galones de agua de mar cruda del puerto de Boston. «Operar a escala piloto nos permitió empezar a resolver problemas de escalado: ¿Con qué frecuencia debemos añadir células? ¿Cómo las alimentamos? Finalmente, pudimos medir la absorción real de 0,5 g de CO₂ atmosférico en nuestros reactores cada día, lo que constituyó un resultado final muy prometedor».
El equipo también realizó un Análisis del Ciclo de Vida (ACV), que considera todo el carbono capturado o emitido por el sistema a lo largo del tiempo, incluyendo todos los componentes vivos, geológicos y químicos. Dalvie y Jalihal colaboraron con Abigail Fitzgibbon , estudiante de doctorado que trabaja con Steven Davis , doctor en Ciencias del Sistema Terrestre y profesor en la Escuela de Sostenibilidad Stanford Doerr de la Universidad de Stanford. El grupo de Davis ha desarrollado modelos para cuantificar las emisiones de carbono de los procesos industriales o agrícolas y sus efectos en la calidad del aire y el bienestar humano. «Nuestra colaboración con el grupo de Stanford nos permitió calcular con precisión el balance neto de carbono en nuestro sistema. Pudimos identificar qué parámetros del proceso eran clave para convertirlo en una tecnología ambiental eficiente a escala industrial».
Mirando hacia el futuro
Dalvie recibió recientemente una beca del programa Burroughs Wellcome Career Awards at the Scientific Interface (CASI), que financiará trabajos adicionales sobre la producción de sideróforos microbianos y el procesamiento de minerales. Para la biometeorización, se necesitan más estudios a gran escala para identificar fuentes económicamente viables de materias primas y minerales de silicato. El equipo también está investigando si se podrían extraer metales valiosos de los minerales de silicato junto con el secuestro de CO₂ . «Actualmente pensamos que la forma más directa de generar un impacto ambiental sería cultivar nuestras cepas bacterianas con fuentes de alimento adecuadas en grandes depósitos similares a los de las plantas de tratamiento de aguas residuales, bombeando continuamente agua de mar sin procesar y liberando agua de mar alcalina de vuelta al océano, donde el carbono ligado sería completamente inocuo y estaría amortiguado», dijo Springer, quien está estudiando cómo la evolución ha moldeado y limitado las interacciones de los organismos con sus entornos.
Otros autores del estudio son Jan-Tobias Böhnke, Mohammed Hijaz y Quincey Justman. El estudio contó con el apoyo del Fondo del Director del Instituto Wyss, el Centro de Biología Sintética de la Facultad de Medicina de Harvard, el Fondo de Investigación Traslacional sobre Clima y Sostenibilidad de la Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard, el Instituto Salata para el Clima y la Sostenibilidad, una beca Garden de Homeworld Collective y una beca científica Schmidt.