Un estudio ha logrado desarrollar un nuevo sistema biotecnológico capaz de convertir la orina humana en hidroxiapatita, un mineral clave para la formación de huesos y dientes. La investigación plantea nuevas vías para el reciclaje de nutrientes y la producción de biomateriales de alto valor.

Levadura modificada para imitar a los osteoblastos

El trabajo, publicado en Nature Communications, ha sido llevado a cabo por un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), la Universidad de California en Irvine y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Los científicos han modificado genéticamente una cepa de levadura, Saccharomyces boulardii, para que actúe como una fábrica celular capaz de sintetizar hidroxiapatita a partir de minerales presentes en la orina humana.

La hidroxiapatita, compuesta principalmente por calcio y fósforo, se utiliza en medicina para la reparación ósea y dental. El proceso natural de su formación en humanos es llevado a cabo por los osteoblastos, unas células especializadas difíciles de cultivar en laboratorio. La levadura modificada, bautizada como “osteolevadura”, imita estos mecanismos celulares, pero con la ventaja de ser más sencilla y económica de manejar.

Orina como fuente de nutrientes minerales

El equipo apostó por utilizar orina humana como materia prima para alimentar a la osteolevadura. Esta práctica, conocida como “ciclado de orina”, pretende aprovechar los minerales presentes en este residuo humano, como fósforo, calcio y amoníaco, en lugar de eliminarlos mediante costosos procesos de depuración.

El sistema microbiano desarrollado por el laboratorio no solo produce hidroxiapatita de forma eficiente, sino que también permite recuperar amoníaco, uno de los componentes clave en la fabricación de fertilizantes. Los investigadores estiman que podría obtenerse hasta 1 g de hidroxiapatita por cada kg de orina.

Según el equipo, este enfoque permite reducir el consumo energético asociado a la producción de fertilizantes nitrogenados, que actualmente representa el 1 % del gasto energético mundial. Además, plantea una solución de doble beneficio: aprovechar un residuo contaminante y generar un material útil y de alto valor añadido.

Verificación del proceso y calidad del biomaterial

Uno de los retos fue confirmar que la levadura no solo acumulaba minerales, sino que también completaba todo el proceso de síntesis de hidroxiapatita. Para ello, se utilizaron técnicas avanzadas de microscopía óptica y electrónica que permitieron observar la formación de gránulos minerales dentro de las células.

Los análisis demostraron que estos gránulos presentaban la misma composición que la hidroxiapatita, y que su estructura nanométrica era comparable en calidad a la de los materiales comerciales empleados en aplicaciones médicas.

Los resultados confirman que la osteolevadura es capaz de sintetizar este mineral con precisión, abriendo la puerta a su producción a escala industrial utilizando un recurso tan abundante como la orina humana.

Instituciones implicadas

El estudio ha sido desarrollado por investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, la Universidad de California en Irvine y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, con apoyo de instalaciones del Departamento de Energía de EE. UU. como el Instituto Conjunto del Genoma (JGI) y Molecular Foundry.