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May 16, 2023

La ciudad francesa donde la iluminación está viva

En una tranquila sala lateral del centro de vacunación Covid-19 en Rambouillet, una pequeña ciudad francesa a unos 50 kilómetros al suroeste de París, una suave luz azul emanaba de una hilera de tubos cilíndricos.

En una tranquila sala lateral del centro de vacunación Covid-19 en Rambouillet, una pequeña ciudad francesa a unos 50 kilómetros al suroeste de París, una suave luz azul emanaba de una hilera de tubos cilíndricos. Se invitó al público que recibió una vacuna el año pasado a bañarse en el resplandor durante unos minutos mientras esperaban en el área de recuperación.

Pronto, el mismo resplandor azul iluminará por la noche la cercana Place André Thomé et Jacqueline Thomé-Patenôtre, rodeada de árboles, ubicada justo enfrente de la sala de espectáculos La Lanterne. Estos etéreos experimentos también se están llevando a cabo en toda Francia, incluido el aeropuerto Roissy-Charles-de-Gaulle de la capital.

Pero a diferencia de las farolas estándar, que a menudo emiten un resplandor intenso y deben conectarse a la red eléctrica, estas luces de otro mundo funcionan con organismos vivos mediante un proceso conocido como bioluminiscencia.

Este fenómeno, en el que las reacciones químicas dentro del cuerpo de un organismo producen luz, se puede observar en muchos lugares de la naturaleza. Organismos tan diversos como luciérnagas, hongos y peces tienen la capacidad de brillar mediante bioluminiscencia. Está presente en el 76% de las criaturas de las profundidades marinas y ha evolucionado de forma independiente decenas de veces, incluidas al menos 27 ocasiones sólo en peces marinos.

Los usos de la bioluminiscencia en el mundo natural son igualmente amplios. Las luciérnagas se iluminan para atraer parejas, mientras que algunas especies de algas brillan cuando se altera el agua circundante. El rape de aguas profundas permite que las bacterias bioluminiscentes se establezcan en un lóbulo sobre su cabeza como un señuelo tentador para sus presas.

Las algas marinas pueden producir un brillo inquietante en el agua cuando las molestan las olas, los barcos o los nadadores (Crédito: Eleanor Hamilton/Alamy)

La mayoría de las especies oceánicas bioluminiscentes emiten una luz azul verdosa que, debido a las longitudes de onda más cortas de los colores, puede viajar más lejos en el océano. Algunas luciérnagas y ciertos caracoles brillan de color amarillo, y se sabe que el llamado "gusano del ferrocarril", una larva de escarabajo originario de América, se vuelve rojo y amarillo verdoso en un patrón de puntos que se asemeja a un tren por la noche. Incluso se ha descubierto que las liebres primaverales, roedores nocturnos que se encuentran en el sur de África, tienen un pelo que produce un brillo biofluorescente de color rosa intenso.

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Mientras tanto, el resplandor azul turquesa que baña la sala de espera de Rambouillet proviene de una bacteria marina recolectada en la costa de Francia llamada Aliivibrio fischeri. Las bacterias se almacenan dentro de tubos llenos de agua salada, lo que les permite circular en una especie de acuario luminoso. Dado que la luz se genera a través de procesos bioquímicos internos que forman parte del metabolismo normal del organismo, su funcionamiento casi no requiere más energía que la necesaria para producir los alimentos que consumen las bacterias. Se agrega una mezcla de nutrientes básicos y se bombea aire a través del agua para proporcionar oxígeno. Para "apagar las luces", simplemente se corta el aire, deteniendo el proceso al enviar a las bacterias a un estado anaeróbico en el que no producen bioluminiscencia.

"Nuestro objetivo es cambiar la forma en que las ciudades utilizan la luz", afirma Sandra Rey, fundadora de la start-up francesa Glowee, que está detrás del proyecto en Rambouillet. "Queremos crear un ambiente que respete mejor a los ciudadanos, el medio ambiente y la biodiversidad, e imponer esta nueva filosofía de la luz como una alternativa real".

Quienes lo proponen como Rey sostienen que la bioluminiscencia producida por bacterias podría ser una forma sostenible y energéticamente eficiente de iluminar nuestras vidas. La forma en que producimos luz actualmente, sostiene, ha cambiado poco desde que se desarrolló la primera bombilla en 1879. Si bien la bombilla LED, que surgió en la década de 1960, ha reducido significativamente los costos de funcionamiento de la iluminación, todavía depende de la electricidad. que se produce en gran medida quemando combustibles fósiles.

Glowee cultiva la bacteria marina Aliivibrio fischeri en agua salada y una mezcla de nutrientes: las bacterias brillan cuando se les suministra oxígeno (Crédito: Glowee)

Fundada en 2014, Glowee está desarrollando una materia prima líquida (en teoría infinitamente renovable) hecha de microorganismos bioluminiscentes. Se cultiva en acuarios de agua salada antes de envasarse en los tubos del acuario. El proceso de fabricación, afirma Rey, consume menos agua que la fabricación de luces LED y libera menos CO2, además el líquido también es biodegradable. Las luces también utilizan menos electricidad para funcionar que las LED, según la compañía, aunque las bombillas Glowee producen menos lúmenes de luz que la mayoría de las bombillas LED modernas.

Si bien las luces de Glowee actualmente solo están disponibles en tubos estándar para eventos, la compañía planea producir pronto varios tipos de mobiliario urbano, como bancos de exterior con iluminación incorporada.

En 2019, el ayuntamiento de Rambouillet firmó una asociación con Glowee e invirtió 100.000 euros (83.300 libras esterlinas/109.000 dólares) para convertir la ciudad en "un laboratorio de bioluminiscencia a gran escala".

Guillaume Douet, responsable de los espacios públicos de Rambouillet, cree que si el experimento tiene éxito, podría provocar una transformación en todo el país. "Se trata de una ciudad del mañana", dice Douet. "Si el prototipo realmente funciona, podremos implementarlo a gran escala y reemplazar los sistemas de iluminación actuales".

Pero la iluminación bioluminiscente no es nueva. Alrededor del año 350 a. C., el filósofo griego Aristóteles describió la bioluminiscencia en luciérnagas y luciérnagas como un tipo de luz "fría". Los mineros del carbón han utilizado luciérnagas en frascos como iluminación en las minas, donde cualquier tipo de llama, incluso una vela o una linterna, podría provocar una explosión mortal. Mientras tanto, las tribus de la India han utilizado durante años hongos brillantes para iluminar densas selvas.

Sin embargo, Glowee es la primera empresa del mundo en alcanzar este nivel de experimentación y la empresa dice que está en negociaciones con 40 ciudades de Francia, Bélgica, Suiza y Portugal. El FEDER, una empresa en gran medida estatal que gestiona la red eléctrica de Francia, se encuentra entre los patrocinadores de Glowee, la Comisión Europea ha aportado 1,7 millones de euros (1,4 millones de libras esterlinas/1,9 dólares) de financiación y el Instituto Nacional de Salud e Investigación Médica de Francia (Inserm) ha proporcionado asistencia técnica. apoyo.

Sin embargo, Carl Johnson, profesor de ciencias biológicas en la Universidad de Vanderbilt, cree que aún quedan serios desafíos por delante antes de que la bioluminiscencia pueda obtener luz verde para su implementación a gran escala.

"En primer lugar, hay que alimentar a las bacterias y diluirlas a medida que crecen", afirma. "Esto no es tan fácil. Además, el fenómeno dependerá en gran medida de la temperatura y dudo que funcione en invierno. En tercer lugar, la bioluminiscencia es muy tenue en comparación con la iluminación eléctrica. Pero tal vez hayan mejorado la intensidad de la luminiscencia".

Rey, de Glowee, reconoce los desafíos que se avecinan, pero insiste en que los beneficios, tanto ecológicos como económicos, podrían hacer que las ciudades del futuro se bañen en luz azul bacteriana.

Actualmente, el equipo de Evry está trabajando para aumentar la intensidad de la luz producida por la bacteria (que por ahora sólo dura días o semanas antes de necesitar más nutrientes y aún no es tan fuerte como las luces LED) sometiéndola a diferentes temperaturas y presiones. Hasta ahora, Glowee dice que sus bacterias pueden producir una potencia de brillo de 15 lúmenes por metro cuadrado, menos, pero no muy lejos, del mínimo de 25 por metro cuadrado que cree que se requiere para el alumbrado público en parques y jardines. En comparación, una bombilla LED doméstica de 220 lúmenes puede producir unos 111 lúmenes por metro cuadrado de suelo.

"Estamos avanzando poco a poco", afirma. "Pero ya hemos dado pasos enormes y nuestra filosofía de la luz es una respuesta a la crisis que enfrenta la humanidad".

Algunos hongos portan genes que les permiten producir bioluminiscencia y podrían usarse para diseñar plantas que brillen (Crédito: Louise Docker/Getty Images)

Catrin Williams, profesora de la Facultad de Biociencias de la Universidad de Cardiff que ha estudiado la bioluminiscencia en bacterias, coincide en que es "difícil" mantener cultivos bacterianos vivos a largo plazo debido a la necesidad de suministro de nutrientes.

Pero Williams dice que esto podría superarse centrándose en la "quimioluminiscencia", un proceso que Glowee también está investigando actualmente, que elimina la necesidad de bacterias vivas. En cambio, la enzima responsable de la bioluminiscencia, la luciferasa, en teoría puede extraerse de las bacterias y usarse para producir luz. "Creo que el enfoque de Glowee es extremadamente novedoso e innovador y podría ser fantástico", afirma.

Otras iniciativas en todo el mundo están brindando más rayos de esperanza. Nyoka Design Labs, con sede en Vancouver, está desarrollando una alternativa biodegradable a las barras luminosas utilizando enzimas no vivas y libres de células, que según los creadores son mucho más fáciles de mantener que las bacterias vivas. "En lugar de utilizar todo el coche, simplemente quitamos los faros", dice Paige Whitehead, fundadora y directora ejecutiva. "La enzimología ha avanzado hasta tal punto que ya no tenemos que depender de los sistemas sustentados por células".

Una vez utilizadas, las barritas luminosas no se pueden reciclar debido a la mezcla de productos químicos que contienen. Se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, desde usos policiales y militares hasta asistentes a festivales de música. Algunos investigadores han expresado su preocupación por el efecto que tienen las sustancias químicas que contienen en la vida marina, ya que también se utilizan a menudo como señuelos en la pesca con palangre.

"Gran parte de este desperdicio es innecesario", dice Whitehead. "La visión que perseguimos es reemplazar cualquier sistema de iluminación alternativo para hacerlo más sostenible".

En un gran avance para esa visión, un estudio publicado en abril de 2020 reveló que un equipo de bioingenieros rusos que trabajan con una nueva empresa de biotecnología con sede en Moscú han creado un método para mantener la bioluminiscencia en las plantas. Afirman que pudieron hacer que las plantas brillaran 10 veces más y durante más tiempo que los esfuerzos anteriores (produciendo más de 10 mil millones de fotones por minuto) mediante la bioingeniería de genes bioluminiscentes de hongos en las plantas. La nueva investigación se basó en hallazgos que identificaron una versión fúngica de luciferina, uno de los compuestos únicos necesarios para la bioluminiscencia, junto con las enzimas luciferasa o fotoproteína.

Keith Wood, un científico que hace 30 años creó la primera planta luminiscente utilizando un gen de luciérnagas, dice que la tecnología podría reemplazar en parte la iluminación artificial como las LED. Más recientemente, descubrió que alterando la estructura genética de una luciferasa que se encuentra en el camarón de aguas profundas Oplophorus gracilirostris, su brillo podría aumentar 2,5 millones de veces. La enzima resultante, que los investigadores llamaron NanoLuc, también era 150 veces más brillante que las luciferasas encontradas en las luciérnagas.

"La aplicación de la biología sintética a la bioluminiscencia es una gran oportunidad", afirma Wood, que ahora está desarrollando una planta bioluminiscente para la empresa Light Bio.

Pero aún está por decidir exactamente cómo se podrían utilizar estas plantas bioluminiscentes transgénicas en el futuro. Un grupo de diseñadores en Atenas, dirigido por Olympia Ardavani de la Universidad Abierta Helénica, expuso una visión de un gran número de plantas bioluminiscentes que se utilizarían para proporcionar iluminación ambiental a lo largo de las carreteras. Estimaron que si se pudiera producir una planta que emitiera alrededor de 57 lúmenes de luz cada una, necesitarían 40 plantas cada 30 m (98 pies) a cada lado de la carretera para cumplir con la clase más baja de alumbrado público requerida en las carreteras utilizadas. por los peatones en Europa.

Sin embargo, Rey cree que aprovechar el poder natural de la bioluminiscencia para la iluminación también podría hacernos ver el medio ambiente y el mundo natural de nuevas maneras. "Puede crear un ambiente que nos haga ciudadanos más respetuosos del medio ambiente y de la biodiversidad", afirma.

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