El pueblo en Francia que se quiere iluminar con organismos vivos

En una tranquila habitación de un centro de vacunación contra el coronavirus en Rambouillet, una pequeña ciudad francesa a unos 50 kilómetros al suroeste de París, una suave luz azul emana de una fila de tubos. En fechas próximas, el mismo resplandor azul iluminará la cercana Place André Thomé y Jacqueline Thomé-Patenôtre.

Pero a diferencia de las farolas estándar, que a menudo emiten un fuerte resplandor y necesitan ser conectadas a la red eléctrica, estas luces son alimentadas por organismos vivos a través de un proceso conocido como bioluminiscencia. Este fenómeno, en el que las reacciones químicas dentro del cuerpo de un organismo producen luz, se puede observar en muchos lugares de la naturaleza.

Organismos tan diversos como las luciérnagas, los hongos y los peces tienen la capacidad de brillar a través de la bioluminiscencia: está presente en el 76% de las criaturas de aguas profundas. Estos experimentos también están en marcha en toda Francia, incluso en el aeropuerto Roissy-Charles-de-Gaulle de la capital.

Variedad natural

Los ejemplos de bioluminiscencia en el mundo natural son muchos. Las luciérnagas se iluminan para atraer parejas, mientras que algunas especies de algas brillan cuando se agita el agua circundante. El rape (un pez de aguas profundas) permite que bacterias bioluminiscentes se establezcan en un lóbulo sobre su cabeza como un señuelo tentador para sus presas.

La mayoría de las especies oceánicas bioluminiscentes emiten una luz azul verdosa que, debido a las longitudes de onda más cortas de los colores, puede viajar más lejos en el océano. Algunas luciérnagas y ciertos caracoles brillan de color amarillo, y se sabe que el llamado “gusano ferroviario”, una larva de escarabajo nativa de las Américas, se vuelve rojo y amarillo verdoso en un patrón que se asemeja a un tren por la noche.

Incluso se descubrió que algunos roedores nocturnos que se encuentran en el sur de África tienen cabello que produce un brillo biofluorescente de color rosa intenso.

Las luces de Francia

El brillo azul turquesa en la sala de espera en Rambouillet proviene de una bacteria marina recolectada en la costa de Francia llamada Aliivibrio fischeri. Las bacterias se almacenan dentro de tubos llenos de agua salada, lo que les permite circular en una especie de acuario luminoso.

Dado que la luz se genera a través de procesos bioquímicos internos que forman parte del metabolismo normal del organismo, su funcionamiento casi no requiere más energía que la necesaria para producir los alimentos que consumen las bacterias. Se agrega una mezcla de nutrientes básicos y se bombea aire a través del agua para proporcionar oxígeno.

Para “apagar las luces”, simplemente se corta el aire, deteniendo el proceso al enviar la bacteria a un estado anaeróbico donde no produce bioluminiscencia. “Nuestro objetivo es cambiar la forma en que las ciudades usan la luz”, dice Sandra Rey, fundadora de la empresa emergente francesa Glowee, que está detrás del proyecto en Rambouillet.

“Queremos crear un ambiente que respete mejor a los ciudadanos, el medio ambiente y la biodiversidad e imponer esta nueva filosofía de la luz como una alternativa real”. Los defensores del proyecto argumentan que la bioluminiscencia producida por bacterias podría ser una forma sostenible y eficiente en energía para iluminar nuestras vidas.

La forma en que actualmente producimos luz, argumenta Rey, cambió poco desde que se desarrolló la primera bombilla en 1879. Si bien la bombilla LED, que surgió en la década de 1960, redujo significativamente los costos de funcionamiento de la iluminación, todavía depende de la electricidad, que se produce en gran parte por la quema de combustibles fósiles.

Glowee

Fundada en 2014, Glowee está desarrollando una materia prima líquida, en teoría infinitamente renovable, hecha de microorganismos bioluminiscentes. Se cultiva en acuarios de agua salada antes de envasarse en los tubos. El proceso de fabricación, afirma Rey, consume menos agua que la fabricación de luces LED y libera menos CO2, mientras que el líquido también es biodegradable.

Las luces también usan menos electricidad para funcionar que las LED, según la compañía, aunque las bombillas Glowee producen menos intensidad de luz que la mayoría de las bombillas LED modernas. Si bien las luces de Glowee actualmente solo están disponibles en tubos estándar para eventos, la compañía planea producir pronto varios tipos de mobiliario urbano, como bancos para exteriores, con iluminación incorporada.

En 2019, el ayuntamiento de Rambouillet firmó una sociedad con Glowee e invirtió US$109.000 para convertir la ciudad en “un laboratorio de bioluminiscencia a gran escala”. Guillaume Douet, jefe de espacios públicos de Rambouillet, cree que si el experimento tiene éxito, podría conducir a una transformación en todo el país.

“Se trata de una ciudad del mañana”, dice Douet. “Si el prototipo realmente funciona, podemos implementarlo a gran escala y reemplazar los sistemas de iluminación actuales”.

Los usos de la bioluminiscencia

Los estudios de la bioluminiscencia no son nuevos. Alrededor del año 350 a. C., el filósofo griego Aristóteles describió la bioluminiscencia en luciérnagas como un tipo de luz “fría”. Los mineros del carbón usaron luciérnagas en frascos como iluminación en minas donde cualquier tipo de llama, incluso una vela, podría desencadenar una explosión mortal.

Mientras tanto, las tribus de la India utilizaron hongos brillantes durante años para iluminar selvas densas. Sin embargo, Glowee es la primera empresa del mundo en alcanzar este nivel de experimentación y dice que está en negociaciones con 40 ciudades de Francia, Bélgica, Suiza y Portugal.

ERDF, una empresa mayoritariamente estatal que gestiona la red eléctrica de Francia, se encuentra entre los patrocinadores de Glowee; la Comisión Europea proporcionó US$1,9 millones de financiación y el Instituto Nacional de Salud e Investigación Médica de Francia (Inserm) proporcionó asistencia técnica y apoyo.

Los desafíos

Carl Johnson, profesor de ciencias biológicas en la Universidad de Vanderbilt, cree que aún quedan serios desafíos por delante antes de que la bioluminiscencia pueda obtener luz verde para su implementación a gran escala. “Primero, tienes que alimentar a las bacterias y diluirlas a medida que crecen”, dice.

“Eso no es tan fácil. Además, el fenómeno dependerá mucho de la temperatura y dudo que funcione en el invierno. En tercer lugar, la bioluminiscencia es muy tenue en comparación con la iluminación eléctrica”, agrega. Rey, de Glowee, reconoce los desafíos que se avecinan, pero insiste en que los beneficios, tanto ecológicos como económicos, podrían ver ciudades futuras bañadas en luz azul bacteriana.

Actualmente, el equipo de Evry está trabajando para aumentar la intensidad de la luz producida por bacterias, que por ahora solo dura días o semanas antes de requerir más nutrientes y aún no es tan fuerte como las luces LED. Hasta ahora, Glowee dice que sus bacterias pueden producir una salida de brillo de 15 lúmenes por metro cuadrado, por debajo, pero no muy lejos, del mínimo de 25 por metro cuadrado que cree que se requiere para la iluminación pública en parques y jardines.

En comparación, una bombilla LED doméstica de 220 lúmenes puede producir unos 111 lúmenes por metro cuadrado de suelo. “Estamos avanzando poco a poco”, dice. “Pero ya dimos pasos enormes y nuestra filosofía de la luz es una respuesta a la crisis que enfrenta la humanidad”.

Catrin Williams, profesora de la Facultad de Biociencias de la Universidad de Cardiff que estudió la bioluminiscencia en bacterias, está de acuerdo en que es “difícil” mantener cultivos bacterianos vivos a largo plazo debido a la necesidad de suministro de nutrientes. Pero Williams dice que esto podría superarse centrándose en la “quimioluminiscencia”, un proceso que Glowee también está investigando actualmente, que elimina la necesidad de bacterias vivas.

En cambio, la enzima responsable de la bioluminiscencia, la luciferasa, en teoría puede extraerse de las bacterias y usarse para producir luz. “Creo que el enfoque de Glowee es extremadamente novedoso e innovador y podría ser fantástico”, dice Williams.

Otras iniciativas

Otras iniciativas en todo el mundo están proporcionando más rayos de esperanza. Nyoka Design Labs, con sede en Vancouver, está desarrollando una alternativa biodegradable a las barras luminosas utilizando enzimas no vivas y libres de células que, según los creadores, son mucho más fáciles de mantener que las bacterias vivas.

“En lugar de usar todo el automóvil, solo quitamos los faros”, dice Paige Whitehead, fundadora y directora ejecutiva. “La enzimología avanzó hasta el punto de que ya no tenemos que depender de los sistemas sustentados por células”, agrega. Una vez utilizadas, las barras luminosas no se pueden reciclar debido a la mezcla de productos químicos que contienen.

Se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, desde usos policiales y militares hasta festivales de música. Algunos investigadores expresaron su preocupación por el efecto de los productos químicos que contienen en la vida marina, ya que también se utilizan a menudo como señuelos en la pesca con palangre.

“Gran parte de este desperdicio es innecesario”, dice Whitehead. “La visión que buscamos es reemplazar cualquier sistema de iluminación alternativo para hacerlos más sostenibles”. En un gran avance para esa visión, un estudio publicado en abril de 2020 reveló que un equipo de bioingenieros rusos que trabajan con una empresa emergente de biotecnología con sede en Moscú crearon un método para mantener la bioluminiscencia en las plantas.

Afirman que pudieron hacer que las plantas brillaran 10 veces más y durante más tiempo que los esfuerzos anteriores, produciendo más de 10.000 millones de fotones por minuto, mediante la bioingeniería de genes bioluminiscentes de hongos en las plantas. La nueva investigación se basó en los hallazgos que identificaron una versión fúngica de la luciferina, uno de los compuestos únicos que es necesario para la bioluminiscencia, junto con las enzimas luciferasa o fotoproteína.

Keith Wood, un científico que hace 30 años creó la primera planta luminiscente utilizando un gen de luciérnagas, dice que la tecnología podría reemplazar en parte la iluminación artificial como los LED. Más recientemente, descubrió que al alterar la estructura genética de una luciferasa que se encuentra en el camarón de aguas profundas Oplophorus gracilirostris, su brillo podría aumentar 2,5 millones de veces.

La enzima resultante, que los investigadores llamaron NanoLuc, también era 150 veces más brillante que las luciferasas que se encuentran en las luciérnagas. “La aplicación de la biología sintética a la bioluminiscencia es una gran oportunidad”, dice Wood, quien ahora está desarrollando una planta bioluminiscente para la empresa Light Bio.

Pero todavía está por decidirse exactamente cómo se podrían usar estas plantas bioluminiscentes transgénicas en el futuro.

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