Bioingeniería: sacar a la luz los tesoros ocultos de la naturaleza

Por Catherine Jewell, División de Publicaciones, OMPI

Para Oded Shoseyov, ingeniero de nuevos materiales, inventor en serie y emprendedor, la naturaleza es fuente de inspiración. Durante los últimos 30 años, se ha dedicado a desentrañar sus secretos para dar con nuevos materiales de origen vegetal que ofrecen considerables ventajas con respecto a los materiales sintéticos a base de petróleo, sobre todo en lo que atañe a su sostenibilidad. En la siguiente charla, el profesor Shoseyov habla de sus inventos más importantes y recalca la importancia de los derechos de propiedad intelectual (PI) para garantizar que la sociedad en su conjunto disfrute de los beneficios que traen consigo las invenciones.

¿Cómo llegó al mundo de la nanotecnología vegetal?

Nací en una familia de agricultores, así que siempre me ha interesado ese mundo. Mi familia cultiva la vid desde hace más de 130 años. Empecé estudiando química y luego pasé a la agricultura y la ingeniería de proteínas. En 1990, entré en la Facultad de Agricultura de la Universidad Hebrea como profesor de biología molecular vegetal, donde dirijo un laboratorio relativamente grande en el que trabaja un número considerable de estudiantes dedicados a la ingeniería de proteínas y la nanobiotecnología.

Siempre me he concentrado en las plantas, aunque mis investigaciones también se hayan adentrado en el campo industrial o el médico. Por ejemplo, hace años que desarrollo métodos para utilizar genes de origen humano para producir colágeno humano en plantas. No limito mi labor a las plantas, pero siempre me encuentro recurriendo a ellas para producir proteínas o fabricar compuestos con materiales de origen vegetal. Las plantas son muy eficientes, nos ofrecen de todo, incluso oxígeno, son una gran fuente de recursos.

Es usted un inventor en serie con 62 patentes a su nombre ¿Cómo entró por primera vez en contacto con el mundo de las patentes?

Es una larga historia, no ocurrió de forma natural. En mis tiempos de joven científico, al principio me concentré en la publicación de artículos y en asegurarme el puesto. Sin embargo, poco después de unirme a la Universidad Hebrea de Jerusalén, tras un afortunado y fortuito almuerzo con uno de los fundadores de una empresa a la que servía de consultor, me vi postergando la publicación de uno de mis artículos científicos hasta que se hubiese presentado la solicitud de patente que abarcaba los resultados de mi investigación. Además, me ofrecieron una buena beca para encontrarles una aplicación práctica y el cofundador me prometió que, si lo lograba, crearía una empresa con un 4% de acciones a mi nombre y me ofrecería una participación justa en las regalías en concepto de licencias. Por descontado, di con una aplicación práctica, tras lo cual fundamos Futuragene, que luego fue adquirida por 100 millones de dólares por Suzano, una de las empresas papeleras más grandes del Brasil. Fue todo un éxito y además me hizo darme cuenta de que podía hacer algo más con mi trabajo de investigación, no tenía por qué quedarse en un artículo. Ese fue mi primer contacto con las patentes y su importancia como motor económico.

¿De qué aplicación estamos hablando?

En concreto, logramos acelerar el crecimiento de la planta del eucalipto en beneficio de la industria de la pulpa y el papel. Desarrollamos las primeras plantas forestales transgénicas que obtuvieron el visto bueno del regulador en Brasil. Desde entonces, he creado unas cuantas empresas, entre ellas Melodea y Collplant (véase recuadro). No me encargo de gestionar su día a día pero, aun así, desempeño algún tipo de papel en ellas, ya sea como consultor, miembro del consejo o máximo responsable científico.

¿Se puede hablar de un denominador común en todas sus invenciones?

La naturaleza ha contado con miles de millones de años para desarrollar materiales funcionales y sostenibles,

afirma el profesor Shoseyov.

Sí. Están todas relacionadas con la ciencia de los materiales y en concreto de los materiales biológicos, los cuales son muy superiores a los sintéticos. Como dijo una vez el Ministro del Petróleo de Arabia Saudita, la Edad de Piedra no terminó por falta de piedra; de modo parecido, la Edad del Petróleo acabará mucho antes de que se nos acabe el petróleo. Y creo que existe una buena explicación para ello, me refiero a que los biomateriales son claramente superiores. Solo tenemos que observar y aprender el funcionamiento de los sistemas naturales e innovar.

La Naturaleza ha dispuesto de miles de millones de años de evolución para crear materiales funcionales y sostenibles. La ciencia no ha sido capaz de lograr lo mismo en los 200 años transcurridos desde el nacimiento de la química moderna. Por eso surgen nuevas islas de plástico en los océanos. Así que debemos cambiar nuestra forma de hacer las cosas, sin tener para ello que reinventar la rueda. Siempre digo que, si quieres una idea nueva, tienes que bucear en un libro antiguo. Ese libro se ha escrito durante 3000 años de evolución y su texto es el ADN de todos los organismos vivos. Lo único que tenemos que hacer es leer ese código genético y a partir de ahí poner en marchar el progreso.

Siempre digo que si quieres una idea nueva, tienes que bucear en un libro antiguo. Ese libro se ha escrito durante 3000 años de evolución y su texto es el ADN de todos los organismos vivos. Lo único que tenemos que hacer es leer ese código genético y a partir de ahí poner en marcha el progreso.

¿Qué convierte a los biomateriales en un campo tan atractivo?

La robustez y funcionalidad de los biomateriales se explica por su naturaleza autoensamblante; se construyen a partir de sus componentes atómicos y moleculares. Los implantes sintéticos que los cirujanos ortopédicos atornillan a nuestros cuerpos a menudo son rechazados porque sus propiedades mecánicas no encajan con los tejidos circundantes ¿Por qué ocurre esto? Porque los implantes no tienen capacidad de autoensamblaje. Nadie nos ha atornillado la cabeza al cuello o nos ha pegado la piel al cuerpo. En la naturaleza, todos los organismos vivos están formados por células que se organizan de forma autónoma para crear tejidos y órganos. La vida es eso. Y esa es la manera correcta de construir las cosas.

¿Podría hablarnos sobre los nanocristales de celulosa (CNC) y sus aplicaciones?

Los nanocristales de celulosa son fantásticos. Se obtienen a partir de fibras de celulosa, el material que más abunda en la naturaleza. Es renovable y está hecho de azúcar, pero es diez veces más fuerte que el acero, lo cual abre la puerta a aplicaciones muy interesantes. Al diluir nanocristales de celulosa en agua con una concentración del 3%, se obtienen cristales líquidos y cuando se aplica esa solución a cualquier superficie (como papel, plástico u hormigón), el agua se evapora y los cristales se autoensamblan para formar una película muy fina y transparente. Además, se crea una capa impermeable al aceite y el oxígeno. Eso lo convierte en una solución magnífica para el empaquetado. En el pasado, los típicos cartones de zumo se fabricaban a partir de laminados de polímeros (polietileno o PET, por ejemplo), aluminio y cartón. Aunque esta resulte una buena opción para el empaquetado, no es reciclable.

En una de mis compañías, Melodea, hemos encontrado una alternativa mejor y más barata utilizando celulosa reciclable al ciento por ciento. Melodea se creó en torno a una tecnología patentada que salió de mi laboratorio de investigación. Desarrollamos y fabricamos nanocristales de celulosa y colaboramos con nuestros clientes en el desarrollo de las distintas aplicaciones. Esto último resulta importante, ya que son los clientes quienes entienden mejor la necesidad que se debe satisfacer y quienes cuentan con los canales de comercialización. Por ejemplo, trabajamos con la sueca Holmen AB y con la brasileña Klabin SA, en la producción de soluciones de empaquetado a base de CNC a escala industrial.

De hecho, Melodea y sus socios también están contribuyendo a solucionar un quebradero de cabeza medioambiental, es decir, los millones de toneladas de lodos que produce todos los años la industria papelera. Europa produce por sí sola 11 millones de toneladas al año. Sin embargo, para Melodea y sus socios supone una valiosa materia prima que se transforma en productos de empaquetado ecológico para bienes no consumibles. Eso sí, cuando se trata del envase de alimentos, usamos pulpa virgen por motivos de seguridad.

Los nanocristales de celulosa también pueden utilizarse para lograr textiles más fuertes. Si aplicamos una fina capa de estos nanocristales al hilado de algodón, su peso aumenta un 1% mientras que su resistencia lo hace en un 500%. De modo parecido, revestir el vidrio con CNC lo endurece, lo cual resulta útil para su fabricación y para la industria aeronáutica, ya que esta necesita, entre otras cosas, parabrisas que sean ligeros pero resistentes.

¿Qué más secretos le ha revelado la naturaleza?

Hemos estado trabajando también con la resilina, la proteína que permite a los piojos del gato saltar 200 veces su tamaño. Es el mejor caucho de la Tierra. Podemos encontrarlo en los artrópodos, en insectos como las libélulas que recorren volando distancias cortas. Estamos trabajando con distintos socios en el desarrollo de unas zapatillas de deporte con suela intermedia de resilina y dispositivos electrónicos flexibles, como una pantalla táctil. Somos capaces de producirla de modo rentable para este fin introduciendo el gen de la resilina en la bacteria E. coli y procediendo a su fermentación. En el futuro, queremos utilizar la resilina para manufacturar neumáticos ecológicos, pero para este tipo de producción a gran escala necesitaremos fabricarla en plantas y con un elevado nivel de productividad para reducir costos. Estamos trabajando en ello y con el tiempo será una realidad.

¿Cómo empezó a trabajar con el colágeno vegetal?

Los productos para rejuvenecer la piel (como los tratamientos de relleno dérmico) son cada vez más populares. Las empresas de cuidado personal estaban buscando una alternativa más segura, efectiva y barata al colágeno para implantes mamarios y al ácido hialurónico, así que empecé a investigar si se podía fabricar el colágeno en plantas. El desafío resultaba complejo ya que se trataba de cinco genes humanos para una única proteína funcional. Redacté un breve artículo sobre cómo lograrlo y, al final, con el respaldo de una incubadora tecnológica, superé la prueba de concepto y creé una empresa. Así echó a andar Collplant.

¿Y cómo producen el colágeno vegetal?

Modificamos genéticamente plantas de tabaco (dado que no forman parte de la cadena alimentaria), y ahora contienen los cinco genes humanos necesarios para producir colágeno. Multiplicamos las plantas a partir de semillas en los 25.000 metros cuadrados de invernaderos que poseemos en todo Israel y distribuimos las plántulas entre los agricultores para su cultivo. Tras la cosecha, las hojas se transportan en camiones refrigerados hasta la fábrica de Collplant, donde se trituran para extraer el jugo y concentrar el colágeno, que luego purificamos en salas blancas para la fabricación de distintos implantes médicos. Acabamos de completar los ensayos clínicos y de obtener la aprobación del regulador en la Unión Europea y en Israel para un producto inyectable para tratar el pie diabético y la tendinitis.

También hemos desarrollado biotinta a base de colágeno vegetal para la impresión en 3D de tejidos y órganos. Nos encontramos en la etapa preclínica pero tenemos un ilusionante proyecto en curso con dos empresas de los Estados Unidos, a saber, United Therapeutics y 3D Systems, para imprimir pulmones humanos en 3D. Lo verán hacia 2024.

¿En qué medida son importantes los derechos de PI para sus empresas?

Para el patrimonio de una empresa, los derechos de PI son tan importantes como el personal. Gracias a estos derechos, podemos alcanzar enormes logros colaborando con socios como United Therapeutics y 3D Systems. Sin la PI y la protección que ofrece, las compañías se encontrarían en una posición vulnerable y les resultaría casi imposible atraer inversores. Al igual que la reglamentación, los derechos de PI son herramientas esenciales. Sin ellos, corremos el riesgo de no ser capaces de mantener las sociedades que habitan nuestro planeta en un estado saludable.

¿Qué importancia tuvo para usted el hecho de comercializar los resultados de sus investigaciones?

A mi modo de entender, la responsabilidad de las universidades va más allá de la formación y educación de ingenieros y científicos. Nuestros descubrimientos científicos nos brindan la posibilidad de cambiar las vidas de un gran número de personas. La comercialización y la protección mediante la PI son la única forma de garantizar que los descubrimientos se concreten.

Para el patrimonio de una empresa, los derechos de PI son tan importantes como su personal. Gracias a estos derechos, podemos alcanzar grandes logros colaborando con nuestros socios. Sin la PI y la protección que ofrece, las compañías se encontrarían en una posición vulnerable y les resultaría casi imposible atraer inversores.

¿Cuál es su próximo proyecto?

Hay varios proyectos gestándose en mi laboratorio de la Universidad Hebrea, que se centran principalmente en la mejora de los sistemas vegetales para producir proteínas animales para las industrias alimentaria y farmacéutica. Además, estamos desarrollando nuevos materiales compuestos de base biológica con propiedades mecánicas más avanzadas, así como nuevas tecnologías de impresión en 3D.

¿Quién ha sido su principal fuente de inspiración y por qué?

Leonardo de Vinci, sin duda alguna. Es la personificación misma del inventor y del científico pluridisciplinar.

¿Qué consejo daría a los jóvenes aspirantes que quieran entrar en el mundo de la investigación y la empresa?

Alejarse de la gente que siempre dice no. Marcarse siempre la meta más alta posible y rodearse de colaboradores inteligentes.