Cómo los virus asesinos y las dietas de algas marinas podrían reducir drásticamente las emisiones de metano

La tripa de una vaca es un mundo completamente extraño. Dentro del tracto digestivo bovino, docenas de organismos luchan por posicionarse, digiriendo y fermentando la hierba y el alimento que atraviesa. Algunos de estos microbios convierten los azúcares en otras moléculas, otros aspiran dióxido de carbono e hidrógeno y, como resultado, producen metano.

Las vacas y otros rumiantes eructan ese metano, un problema particularmente problemático en un planeta que se calienta. El metano es un potente gas de efecto invernadero, con un potencial de calentamiento aún mayor que el dióxido de carbono. La gran mayoría de las emisiones de metano provienen de actividades humanas como la quema de combustibles fósiles y a través de los desechos de los consumidores, pero las emisiones de los rumiantes son un contribuyente significativo, representando alrededor del 15%.

Afortunadamente, los microbios productores de metano dentro del intestino son ellos mismos “alimento”, perseguidos por enemigos aún más pequeños: los virus.

Los virus aterrizan en el microbio, como un rover de la NASA que aterriza en Marte, perforan el exterior del organismo e inyectan su propio código genético. Como parte de este proceso, destruyen los microbios. Los científicos creen que podrían aliarse con los virus para controlar los microbios productores de metano, o metanógenos, en las entrañas del ganado o sintetizar nuevos compuestos que disminuyan las emisiones de metano. Y ese no es el único aliado potencial al que han recurrido.

Los investigadores también investigando el potencial de las algas para neutralizar el metano en el intestino. La introducción de pequeñas cantidades de algas rojas en la alimentación animal redujo las emisiones de metano en aproximadamente un 80%. El desarrollo de estrategias de mitigación como estas podría reducir las emisiones de metano agrícola sin dañar la salud general del animal.

Como líderes mundiales, activistas y académicos se reúnen en Glasgow, Escocia, para la COP26, la principal conferencia sobre cambio climático de la ONU, CNET Science está examinando algunos de los avances tecnológicos que se están desarrollando para ayudar a abordar la crisis climática. Si bien la tecnología podría ayudarnos a adaptarnos o mitigar los efectos del cambio climático, por sí sola no es una solución al problema. Se requiere una reducción drástica de las emisiones de carbono para que el mundo limite el calentamiento global a 1,5 grados Celsius para finales de siglo, el objetivo principal del Acuerdo de París de 2015.

No obstante, la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías permitirá que se agreguen más herramientas al conjunto de herramientas sobre el cambio climático. Los virus asesinos de microbios que habitan naturalmente en el intestino de una vaca pueden ser una de esas herramientas. Algas, otro. Entonces, ¿cómo podemos usarlos?

No es un fago, es un estilo de vida.

La vida se divide en tres “dominios”. Eukarya, que incluye todo, desde hongos hasta ranas, vacas y humanos, contiene solo una pequeña fracción de todos los organismos de la Tierra. Es eclipsada por los otros dos dominios: bacterias y arqueas.

Estos dos dominios están formados por todos los microbios unicelulares, invisibles a simple vista, que han colonizado prácticamente todos los rincones del planeta. Las bacterias y las arqueas se ven similares bajo un microscopio, pero difieren en la forma en que se construyen sus paredes celulares.

Las arqueas se encuentran en algunos de los entornos más extremos del planeta: algunas especies prosperan en las aguas hirviendo cerca de los respiraderos hidrotermales, mientras que otras pueden soportar niveles extremos de radiación ionizante. El intestino de una vaca no es tan salvaje como algunos de estos entornos, según Rosalind Gilbert, del Departamento de Agricultura y Pesca de Queensland, pero es un entorno inusual lleno de una amplia gama de microorganismos.

Las arqueas son las principales fábricas de producción de metano. Captan el dióxido de carbono y el hidrógeno producidos por las otras bacterias (y hongos) y escupen metano. Este proceso puede ver entre el 2% y el 12% de la energía perdida en el alimento; esa es la energía que podría convertirse en proteína para ayudar a una vaca a crecer o en leche para productos lácteos. Destruir las fábricas de metano o evitar que funcionen significa que la vaca obtiene más energía de su alimento y libera menos emisiones de gases de efecto invernadero.

Y ahí es donde entran los virus. “Dondequiera que haya poblaciones bacterianas, habrá poblaciones virales asociadas”, dice Gilbert. Es la misma historia para las arqueas. A los virus también les encanta cazarlos.

Los virus que atacan a las bacterias y arqueas se conocen como “fagos”, del griego “devorar”. La identificación de los fagos en el intestino de una vaca que atacan naturalmente a los metanógenos proporcionaría una forma única de reducir las emisiones de metano.

Gilbert recientemente dirigió una búsqueda de fagos en el intestino de una vaca, pero dice que fue un proyecto difícil porque los microbios de los que se alimentan los virus son difíciles de cultivar en un laboratorio. Desafortunadamente, su equipo no pudo localizar ningún fago, pero, dice, podría ser posible en el futuro encontrar virus que infecten y revienten las arqueas.

El examen del ADN de estos fagos puede producir incluso mejores resultados.

Un libro dentro de un libro

Los virus que infectan a las arqueas son algunos de los microorganismos menos conocidos de la Tierra. Sólo se han descubierto y descrito unas pocas docenas de arqueafagos que atacan a los metanógenos. Gracias a los avances en las técnicas de secuenciación de ADN durante la última década, los científicos están comenzando a aprender más sobre ellos, incluso si no pueden encontrarlos bajo un microscopio.

A veces, cuando un arqueafago infecta a un microbio, se integra en el ADN del organismo y deja una huella digital de su existencia. Si piensas en el ADN como en un libro, es como si el fago copiara y pegara su propio libro. dentro los archae; una copia de La piedra filosofal dentro de El cáliz de fuego. Esta copia de ADN se conoce como profago.

Los investigadores pueden trabajar hacia atrás y estudiar el profago para identificar proteínas y enzimas que podrían usarse para atacar la membrana externa del microbio. Gilbert dice que es más fácil encontrar las enzimas virales que rompen los metanógenos en lugar de encontrar los virus y cultivarlos para cumplir con nuestras órdenes.

La búsqueda de enzimas ya ha dado resultados iniciales positivos.

Un grupo de investigación, de Nueva Zelanda, pudo aislar una enzima que puede romper los metanógenos y colocarlos dentro de una nanopartícula. Cuando la nanopartícula se entregó a cultivos de metanógenos en el laboratorio, pudo inhibir la producción de metano. En particular, el trabajo de prueba de concepto mostró que la enzima tenía amplios efectos contra diferentes especies de metanógeno.

“No se ha convertido en algo que pueda entregarse a las vacas en este momento”, dice Gilbert.

Seafeed

Algo que ya se está entregando a la alimentación de las vacas viene fresco del mar.

A mediados de 2020, los científicos demostraron que agregar pequeñas cantidades de algas rojas, Asparagopsis taxiformis, a la alimentación de las vacas redujo las emisiones de metano hasta en un 98%, sin efectos negativos para la salud.

Otro estudio, publicado en la revista PLOS One en marzo de 2021, mostró una reducción de la producción de metano en el novillo de vacuno de más del 80%. El ensayo se llevó a cabo durante tres semanas y las comunidades microbianas no parecieron desarrollar ninguna resistencia a las algas.

También existen algunas ventajas significativas sobre el uso de virus naturales o enzimas virales. No necesita un laboratorio para hacerlo, y es común en todos los climas tropicales del mundo, lo que limita los movimientos de la cadena de suministro con alto contenido de carbono. Empresas como FutureFeed, creada por el principal organismo científico de Australia, CSIRO, en 2020, ya están intentando establecer la cadena de suministro de algas marinas.

Las algas contienen una sustancia química de olor dulce, conocida como bromoformo, que bloquea la vía de producción de metano en las arqueas y, en cultivo, se ha demostrado que reduce la abundancia de metanógenos. Esto también ayuda a liberar dióxido de carbono e hidrógeno en el intestino, lo que proporciona energía para otros microorganismos e incluso puede ayudar a la vaca a crecer. “Es energéticamente beneficioso, porque en lugar de perder el carbono, lo están usando ellos mismos”, dice Gilbert.

Es importante destacar que cuando se probó en ganado de carne, el aditivo de algas marinas no cambió la calidad de la carne ni las propiedades sensoriales de los filetes, una victoria tanto para los agricultores como para los consumidores.

Sin embargo, una de las preguntas clave a responder es si el bromoformo liberado en el intestino de la vaca puede regresar a la atmósfera. El bromoformo puede convertirse en una sustancia que agota la capa de ozono, por lo que será importante calcular sus efectos potenciales en la atmósfera antes de que los agricultores hagan un cambio definitivo a las algas marinas.

Otro compuesto, conocido como 3-nitrooxipropanol (3-NOP), produce un efecto similar en los rumiantes, pero tiene una reducción más modesta de las emisiones y puede afectar la producción de leche y el contenido de grasa. La investigación sobre ambos está en curso.

Controla los metanógenos

Es probable que para 2050 haya 2 mil millones de personas más viviendo en el planeta. Esos 2 mil millones de estómagos adicionales requerirán alimentos y, a medida que las naciones en desarrollo como China e India continúen prosperando, la demanda de carne podría aumentar en casi un 75%.

Es una ecuación simple, tal como está: más carne significa más metano.

El mundo extraño dentro del intestino de una vaca brinda la oportunidad de ayudar a disociar este aumento en la producción de carne de un aumento en el metano. En las últimas décadas, los científicos han explorado la vida silvestre que llama hogar al mundo alienígena. Comprender los virus asesinos que atacan a los microbios y el descubrimiento de un potente alga que inhibe el metano son solo dos formas en las que estamos aprendiendo a contrarrestar el eructo de las vacas.

Pero estos avances por sí solos no serán suficientes para prevenir los peores efectos del cambio climático. Es posible que aún necesitemos reducir la ingesta de carne, aumentar la eficiencia de la alimentación del ganado, mejorar las prácticas de uso de la tierra y tal vez incluso aumentar la cantidad de carnes sintéticas, desde lugares como Impossible Foods, que incluimos en nuestras dietas.

Si no podemos controlar los metanógenos y no frenar drásticamente nuestras emisiones de carbono, nuestro mundo podría volverse cada vez más extraño: más caliente, más seco y mucho más extremo.