Proteínas fluorescentes mejoradas genéticamente para sustituir a los LED

¿Es posible combinar tecnología y material biológico? ¿Podemos producir luz como lo hacen algunos animales y bacterias, dejando la tecnología LED como un recuerdo del pasado? El proyecto europeo ENABLED tiene por objetivo cambiar el filtro de tierras raras de las luces LED por un sustituto biológico basado en Proteínas fluorescentes.

La tecnología LED se ha vuelto el paradigma de la eficiencia energética. Pero, pese a su consumo, mucho menor al de las bombillas tradicionales, su dependencia de las tierras raras y algunos problemas de salud derivados del tipo de luz, hace que busquemos otras soluciones. Soluciones biológicas.

Exceptuando la exigua arbotecura y algunos experimentos con hormigón autorreparable, nuestra tecnología es inerte a nivel biológico. La vida va por un lado y nuestros artefactos por otro. Pero investigaciones como ENABLED hacen uso de la conocida bacteria E.Coli para construir emisores biológicos.

Las bombillas LED, un problema geopolítico

En una bombilla LED “los dos componentes más importantes son un emisor inorgánico, que emite luz azul, y un filtro de color, que recoge parte de esa luz azul y la transforma en una luz amarillo-naranja”. La combinación de ambas lugar al blanco que conocemos.

Nos lo explica al teléfono Rubén D. Costa, coordinador del proyecto europeo ENABLED. Son las siglas para “Engineering of Artificial fluorescent proteins for Biological Light Emitting Diodes” o “Ingeniería de proteínas fluorescentes artificiales para diodos biológicos emisores de luz”.

El chip de las lámparas LED apenas da problemas, y es bastante eficiente. El inconveniente está en el filtro, que actualmente se fabrica con tierras raras. “Es un granate de aluminio dopado con itrio y con cerio”, nos aclara Rubén, que comparte otros datos de interés con nosotros:

  • el itrio es una tierra rara
  • hay unos 400.000 toneladas en la Tierra
  • estamos usando unas 10.000-15.000 toneladas al año
  • casi todas las reservas naturales están bajo el control de China

El gran inconveniente es que es de origen meteorítico y, por tanto, es un “elemento estratégico”. Durante la historia de la Tierra millones de meteoritos han impactado con su corteza. Algunos de ellos tenían en su interior estos elementos, a los que llamamos tierras raras por su escasez. Es una materia finita.

¿Por qué buscar alternativas al filtro LED tal y como está diseñado? Además de por estrategia geopolítica, porque su reciclabilidad es compleja. “Los investigadores nos fijamos en cómo hace la naturaleza aquello que nosotros necesitamos”, y a la naturaleza se le da muy bien producir luz de alta energía. A través de filtros de Proteínas fluorescentes, convierte la luz en varios colores.

¿Es posible combinar tecnología y biología?

Proteinas fluorescentes led organico enabled

La idea tras el proyecto ENABLED es copiar este proceso natural. Ya han localizado una serie de proteínas bioluminiscentes, e incluso han logrado deshidratarlas para, al colocarlas sobre un polímero, usarlas de filtro. E incluso han conseguido un hito: darles seis meses de estabilidad para el color verde.

Pero ahora viene la parte compleja e interesante de ENABLED. “El proyecto va más allá porque las proteínas naturales se suelen degradar. ¿Podemos reemplazar el cromóforo que está emitiendo, que requiere tener cierta concentración de agua, por un cromóforo artificial más estable sin perder la producción usando la bacteria E.Coli”.

Básicamente pretenden producir proteínas ad hoc para su tecnología, usando para ello “técnicas biomiméticas de producción”. Van a utilizar bacterias E.Coli para producir proteínas que sirvan de filtro LED orgánico. “Nosotros no sacamos las proteínas de las medusas”, nos dice Rubén. Pretenden fabricarlas.

En su lugar “cogemos la bacteria E.Coli, que es una bacteria muy versátil y editamos su ADN rápidamente de una manera muy sencilla para que haga que nosotros queremos”. En este caso, crear más proteínas fluorescentes. Al manipular el ADN de la E.Coli, esta fabricará una una proteína que servirá como base para un nuevo filtro.

“No estamos haciendo una proteína nueva, sino que cogemos una que conocemos y que sabemos que no tiene ningún tipo de problema, y reemplazamos la parte que nos interesa”. Esto de hecho es una mejora importante a la hora de reciclar porque la parte orgánica se degradará de forma natural.

Integrar media docena de disciplinas en una sola

Proteinas fluorescentes led organico enabled

Este proyecto se enmarca dentro del FET-OPEN (Frontier Emerging Technologies o Proyectos Emergentes en la Frontera de la Tecnología). Eso significa que hay profesionales de muchos campos diferentes trabajando en este objetivo. Según Rubén, “esa es la belleza del proyecto, [porque] los grandes hitos engloban multidisciplinariedad”.

Por un lado, un grupo de expertos del CIC-biomaGUNE, liderado por Aitziber Cortajarena, se dedica a la modificación genética de la proteína. Ella va a ser la que modificará genéticamente el código y lo implementará dentro de la E.Coli.

A su vez, Pedro B. Coto, en la Universidad de Oviedo, un experto en estructura electrónica que asegurará que los cromóforos emitan en el interior del esqueleto proteínicio; mientras que Gustav Oberdorfer, de la Universidad de Graz, es un experto en modificar el esqueleto de la proteína para acoplar estos objetos dentro. La forma de las proteínas es una disciplina científica fascinante.

Claudia Barolo, de la Universidad de Torino, es una experta en hacer cromóforos orgánicos, a los cuales añadimos péptidos para que sean implementados dentro del sistema de las bacterias. Así entran dentro del metabolismo de las E.Coli modificadas.

Una vez tenemos este pequeño ciclo es importante escalarlo para hacer una producción industrializada. Aquí entra en juego la empresa ABiel, en Palermo. Ellos son expertos en hacer escalado de producción de proteínas.

Por último, Rubén D. Costa es el responsable de la coordinación de todos estos engranajes, así como de la validación del dispositivo. El objetivo del proyecto es alcanzar las 1000 horas de estabilidad de estos nuevos LED orgánicos. Tras esta cifra ya “se supera la prueba de concepto y se puede pensar en el siguiente paso”.

A la naturaleza se le da muy bien generar luz. De hecho los estudios de evolución convergente nos han demostrado que ha refinado una y otra vez la técnica. Este equipo multidisciplinar de científicos europeos está trabajando por copiar aquellas funciones que podemos integrar en nuestra tecnología. Quizá en unas décadas nuestras bombillas se incluyan en el ciclo biológico de la evolución.

 

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Imágenes | Rubén D. Costa (ENABLED)