Investigadores del IBBTEC reprograman el reloj biológico de cianobacterias para aumentar su capacidad de fijar CO₂

Un consorcio internacional liderado por el IBBTEC-UC-CSIC demuestra que modificar el ritmo circadiano de cianobacterias permite acelerar su desarrollo y optimizar la captura de carbono

Santander, 6 de octubre de 2025.- Investigadores del grupo de investigación de Microbiología y Genómica del Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria (IBBTEC), centro mixto de la Universidad de Cantabria (UC) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han desarrollado una estrategia biológica que permite aumentar significativamente la velocidad de crecimiento y la eficiencia de fijación de dióxido de carbono (CO₂) en microorganismos fotosintéticos.

El estudio, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), muestra que modificar el reloj biológico o ciclo circadiano de las cianobacterias, organismos que desempeñan un papel esencial en la fotosíntesis global, puede multiplicar por seis su ritmo de crecimiento y, con ello, su capacidad de captura de carbono. El trabajo ha sido realizado por un consorcio internacional integrado por el IBBTEC, el Institut Pasteur (París) y The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability (Dinamarca) y se enmarca en las estrategias de captura biológica de CO₂, una de las vías consideradas más prometedoras para contribuir a la descarbonización y mitigación del cambio climático.

Tradicionalmente, los sistemas naturales de fijación de carbono se han asociado a las plantas, pero estas requieren grandes cantidades de agua, suelo y recursos. Junto a ellas, microorganismos invisibles a simple vista, como las microalgas o las cianobacterias son responsables de aproximadamente la mitad de todo el carbono que se fija en el planeta. En este contexto, los microorganismos fotosintéticos, como las cianobacterias, se perfilan como una alternativa eficiente y sostenible, ya que pueden cultivarse en medios acuosos con baja demanda de recursos y emplearse como biofábricas para generar biocombustibles, bioplásticos y otros productos industriales con baja huella de carbono.

El investigador principal del estudio, Raúl Fernández López (IBBTEC-UC-CSIC), explica que “las bacterias fotosintéticas, que inventaron la fotosíntesis hace unos 2500 millones de años, pueden crecer utilizando únicamente luz, agua y CO₂. Esto las convierte en plataformas muy versátiles para la producción de compuestos de interés industrial, desde biocombustibles hasta fármacos o polímeros”.

Según Fernández, “hasta ahora, su aplicación a gran escala era limitada debido a su lento crecimiento, lo que impedía construir biorreactores suficientemente eficientes. En este trabajo hemos manipulado su reloj biológico para acelerar su ciclo de crecimiento, obteniendo variantes que se multiplican seis veces más rápido y capturan CO₂con mayor eficacia”.

Reprogramar el reloj circadiano: una vía para acelerar la fotosíntesis

El equipo del IBBTEC empleó la cepa modelo Synechococcus elongatus, sometiéndola a condiciones controladas de luz intensa, temperatura elevada y concentración aumentada de CO₂. El proceso dio lugar a una población con una tasa de crecimiento seis veces superior a la cepa original.

Mediante análisis genómicos, los investigadores identificaron dos mutaciones claves que son responsables del incremento de la velocidad de crecimiento. Estas mutaciones alteraron el reloj interno de las bacterias, acelerando su metabolismo y permitiéndoles crecer a una velocidad mucho mayor. Identificar estas mutaciones permitirá introdocurilas en cepas industriales, abriendo la posibilidad de generar cepas de alta productividad en biotecnología.

Retos para su aplicación industrial

Aunque el hallazgo representa un avance significativo hacia el uso de microorganismos optimizados para la captura de CO₂ y producción de biomasa sostenible, los autores advierten de que existen grandes desafíos, como la adaptabilidad ambiental, ya que las cepas evolucionadas muestran menor flexibilidad si cambian las condiciones de luz o concentración de CO₂; la escalabilidad, puesto que se requieren sistemas de cultivo que garanticen estabilidad y eficiencia en grandes volúmenes; o el balance energético y económica, debido a que será necesario evaluar que el beneficio en captura de carbono compense los costes asociados.

Según recuerda Fernández, “estas tecnologías encajan plenamente en las estrategias europeas de descarbonización y economía circular, ya que ofrecen una vía sostenible para la obtención de recursos industriales y la mitigación de emisiones”.

En la investigación han participado los investigadores también Alfonso Mendaña, Marina Domínguez Quintero, Miguel Báez y Raquel Gutiérrez Lanza y ha contado con el apoyo de la Cátedra MARE de Economía Circular.