Gaceta Biomédicas

Desarrollo de procesos de cultivos bacterianos y su escalamiento para la producción  comercial de biofertilizantes*

En la búsqueda de bioprocesos altamente productivos, en la Unidad de Bioprocesos del Instituto de Investigaciones Biomédicas nos interesa en el entendimiento de los mecanismos moleculares involucrados en el crecimiento celular, consumo de nutrientes, metabolismo y producción de proteínas recombinantes y metabolitos de interés en modelos bacterianos, fúngicos y en células animales en biorreactores agitados. En los biorreactores se puede mantener y controlar el equilibrio nutricional y ambiental al interior del cultivo, permitiendo comprender las respuestas moleculares causadas por modificaciones ambientales o por condiciones propias del crecimiento cellular. Recientemente, en la Unidad nos hemos encaminado a comprender como los parametros nutricionales, oxidativos e hidrodinámicos determinan la producción de biofertilizantes, biopolimeros, metabolitos bioactivos y proteínas recombinantes. En particular, el proyecto apoyado por CONACyT y la Empresa Mexicana Biofabrica Siglo XXI S. A. de C. V., se basa en estudiar y mejorar los factores nutricionales y de cultivo que permitan incrementar la producción de biofertilizantes basados en las bacterias Azospirillum brasilense y Rhizobium etli en biorreactores industriales de hasta 1,000 litros.

En el caso de la producción de biofertilizantes bacterianos, donde la biomasa viable es el producto, la productividad del biorreactor y los costas del medio de cultivo son de vital importancia para el exito del proceso. La mayor problemática que se presenta en los biorreactores industriales está relacionada con la disminución en la intensidad del mezclado y con el empobreciendo de la capacidad de transferencia de masa, en especial oxígeno, al incrementar la escala del biorreactor. Este fenómeno se hace aún más complejo si en los cultivos se presentan altas viscosidades como resultado de altas concentraciones celulares, fenómeno que se presenta en cultivos productores de biofertilizantes. Esto provoca ambientes cambiantes para el microorganismo dentro del biorreactor y en consecuencia, una disminución de la productividad y el rendimiento. En los cultivos aerobios industriales, el mezclado y la transferencia de masa son insuficientes, presentando así la formación de gradientes de nutrientes entre una zona bien mezclada (cercana a los impulsores) y una zona mal mezclada (zonas alejadas de los impulsores y cercanas a las paredes del biorreactor). Contender con esta problemática sin aumentar los costas asociados a los incrementos de agitación o aireación, manteniendo y/o mejorando las productividades es uno de los objetivos claves de este proyecto. Además, en un proceso biotecnológico industrial, conteniendo varias etapas en cultivo sumergido y su nivel de producción (en este caso a 1,000 L), debe lIevarse bajo estricto apego de las Buenas Prácticas de Fabricación (BPF). Esto implica que para el proceso deba tenerse en cuenta la elaboracion, autorización, revisión y evaluación de los procedimientos normalizados de operación y lIevarse acabo aunque el proceso este desarrollándose en una institución de investigación (como es el caso de los procesos productivos que estamos realizando).

Hasta este momenta hemos logrado entender y desarrollar procesos tecnológicos de cultivo en matraces, biorreactores de laboratorio y planta piloto hasta de 10 Litros para ambos microorganismos, manteniendo la calidad de los productos que ya son comercializados por Biofabrica Siglo XXI S. A. de C. V. Hemos logrado obtener el conocimiento necesario para la produccion de biofertilizantes Iíquidos con altos tiempos de vida de anaquel, sin diferencias significativas entre la respuesta a la aplicacin de la presentación Iíquida frente a la salida (producto original de la compañía). La importancia de la presentación líquida recae en su fácil aplicación yal gran numero celular que puede ser transportado facilmente. En este proyecto ya hemos logrado escalar la producción de estos productos líquidos hasta un volumen de 1,000 Litros. Lo que implica que por lote productivo se pueden biofertilizar hasta 5,000 hectáreas de siembra (principalmente en cultivos de maiz, frijol, trigo, cebada y caña). Con este proyecto, se producirán al menos 8,000 Litros de biofertilizantes en la Unidad de Bioprocesos en presentación Iíquida en los próximos dos años, 10 que implica el uso de almenos 40,000 hectáreas en el país.

Mauricio A. Trujillo**

* Artículo publicado por la GACETA BIOMÉDICAS No.4, del Instituto de Investigaciones Biomédicas de la Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM, abril 2011.

**Investigador responsable de la Unidad de Bioprocesos del IIB, UNAM