Los académicos, Dra. Claudia Bernal y el Dr. Ronny Martínez, trabajan en la incorporación de CO₂ en moléculas orgánicas para crear compuestos de interés farmacéutico mediante procesos enzimáticos más sustentables.

El aumento de las emisiones de dióxido de carbono (CO₂) y su acumulación en la atmósfera son algunos de los principales problemas ambientales a nivel mundial, debido a su impacto en el calentamiento global y el cambio climático.

En ese escenario, se busca utilizar el CO₂ como materia prima para la producción de compuestos de valor, como moléculas de interés farmacéutico, alimentario o energético, mediante procesos más limpios y eficientes, como el uso de enzimas y la biocatálisis.

En ese contexto, la académica del Depto. de Química de la Universidad de La Serena, Claudia Bernal, lidera el proyecto de investigación FONDECYT Regular 1260061, titulado “Estrategias integradas para mejorar la carboxilación enzimática reversible de esqueletos fenólicos: combinando ingeniería enzimática, inmovilización y control del equilibrio” (Integrated strategies to enhance reversible enzymatic carboxylation of phenolic scaffolds: combining enzyme engineering, immobilization, and equilibrium control).

Dicho proyecto, que empezó en el año 2026 y terminará en el 2029, está siendo llevado a cabo en conjunto con el académico del Depto. de Ingeniería en Alimentos de la USerena, Dr. Ronny Martínez, y la Dra. Paulina Urrutia, de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso.

Desafíos

En relación a esto, Claudia Bernal aseguró que “si bien estamos buscando disminuir la producción de CO₂, existen procesos naturales e industriales que seguirán generándolo, por lo que sería interesante aprovechar ese gas y evitar que se libere a la atmósfera, ya que es una molécula poco reactiva que tiende a acumularse”.

“Con este proyecto FONDECYT buscamos lograr que el CO₂ se enlace a otras moléculas orgánicas que puedan servir como precursores farmacéuticos, procurando que el proceso se realice en condiciones sustentables”, añadió.

La doctora en Ciencias Químicas también señaló que “aunque ya existen reacciones para incorporar CO₂ en moléculas, muchas requieren altas temperaturas, altas presiones o solventes poco sustentables, por eso, nuestra propuesta es hacerlo con enzimas, lo que permitiría trabajar a bajas temperaturas, en medios acuosos y a pH neutro”.

“La principal dificultad es la baja solubilidad del CO₂, ya que, para que la reacción funcione, necesitamos mantener una alta concentración en el medio de este compuesto. Por eso, uno de los desafíos es trabajar a bajas T° para aumentar su solubilidad y usar etanol como cosolvente, aunque esto implica otro reto, ya que las enzimas no son estables en etanol, por ello, también buscamos estabilizar la enzima para que funcione en estas condiciones, logrando un proceso más eficiente y sustentable”, advirtió.

La Dra. Bernal también explicó que “la enzima con la que trabajamos (ácido salicílico descarboxilasa), naturalmente elimina CO₂ de las moléculas y nuestro reto es lograr que realice la reacción inversa, es decir, que lo incorpore. Además, buscamos que funcione a bajas temperaturas y que resista el etanol, lo que exploraremos utilizando herramientas como la ingeniería de proteínas, la inmovilización enzimática y la ingeniería del medio”.

Ahondando en esto, el académico del Depto. de Ingeniería en Alimentos de la USerena, Ronny Martínez, indicó que “uno de los principales desafíos es la modificación de las decarboxilasas para esta nueva aplicación. Para ello, estamos evaluando estrategias como mutaciones al azar y un enfoque racional basado en el mecanismo catalítico de la enzima, con el objetivo de mejorar su funcionamiento con el menor número posible de sustituciones de aminoácidos”.

“Aunque estamos estudiando a partir de la literatura, esperamos descubrir nuevas mutaciones que permitan cambiar la actividad de la enzima, otorgarle nuevas funciones, revertir reacciones y trabajar en los equilibrios de CO₂ disuelto, propuestos en el proyecto de investigación”, detalló el PhD en Ingeniería Bioquímica.

Otros proyectos

Sumado a esto, la Dra. Claudia Bernal reveló que “la USerena también participa como institución asociada al FONDECYT Regular 1261379, liderado por la Dra. Carminna Ottone de la PUCV, donde soy co-investigadora, llamado Bioelectrocatalizadores de última generación para la conversión de CO₂: integración de biocarbón y enzimas reductoras en un sistema escalable (Next-Generation Bioelectrocatalysts for CO₂ Conversion: Integration of Biochar and Reductive Enzymes in a Scalable System), que también busca aprovechar el CO₂, pero utilizando deshidrogenasas, con el objetivo de producir producir ácido fórmico (HCOOH), el cual es una molécula pequeña pero muy versátil, que hoy se considera una plataforma C1 clave en química sostenible”.

La académica también destacó que “la estudiante del Doctorado en Ingeniería en Alimentos y Bioprocesos de la USerena, Javiera Geraldo, adjudicó una beca ANID para su tesis doctoral, la cual se enfocará en la valorización del CO₂, buscando incorporarlo en moléculas de interés, como aromas o antioxidantes, para continuar la cadena productiva de manera sustentable”.

En línea con esto, la investigadora hizo hincapié en que “estos proyectos, que se desarrollan en paralelo hasta 2028 o 2029, reflejan un trabajo multidisciplinario y colaborativo entre universidades regionales, orientado a aportar soluciones sustentables a un problema global, como la valorización del CO₂”.