La Universidad de La Serena fue la única casa de estudios superiores del norte de Chile en adjudicarse fondos del Concurso FONDECYT Exploración 2025 financiado por ANID (Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo), formando parte de las 22 iniciativas seleccionadas a nivel nacional.
Se trata del proyecto “Plataforma integrada de fotoelectrobiocatálisis para la remediación de antibióticos con miras a la síntesis sostenible de moléculas precursoras”, (Catalysis Leading to Effective Antibiotic Removal (CLEAR): Integrated Photo-Electro-Bio-Catalysis Platform for Antibiotic Remediation toward the Sustainable Synthesis of Precursor Molecules), bajo la dirección de la Dra. Claudia Bernal, el Dr. Carlos Rodríguez y el Dr. Sebastián Pizarro, todos académicos del Departamento de Química.
De acuerdo a la Dra. Bernal, para este proyecto se utilizará tetraciclina, antibiótico seleccionado como compuesto modelo, el que será descompuesto por fotocatálisis en condiciones experimentales, hasta generar CO₂, el cual será atrapado y liberado usando electroquímica, para ser introducido en un nuevo compuesto mediante el uso de una enzima, para transformarlo en un producto reutilizable en el mercado farmacéutico.
Según la investigadora, este proyecto surgió porque “el metabolismo humano y animal no metaboliza completamente los antibióticos, excretándolos por orina y heces, por lo que permanecen en los recursos hídricos; además, tras el proceso de descontaminación, el antibiótico queda reducido a CO₂, gran contaminante y uno de los principales causantes del cambio climático”.
Queriendo solucionar esta problemática, explicó: “nos dimos cuenta de que nuestras áreas de expertise coinciden en el proceso de catálisis, que es el fenómeno de acelerar reacciones o procesos, y decidimos aplicarlo buscando aportar a la sustentabilidad de la industria farmacéutica”, agregó.
La investigadora también detalló que “este proyecto tendrá una duración de 4 años y se abordará en 3 etapas. En los primeros 18 meses, cada investigador trabajará en el fenómeno de catálisis desde su área, luego se trabajará por duplas y finalmente se integrarán los 3 resultados para diseñar el prototipo final de la celda que degradará el antibiótico y producirá la molécula de interés farmacéutico”.
Una apuesta ambiciosa
Con respecto a esto, el Dr. Carlos Rodríguez, quien se encarga de la parte de fotocatálisis del proyecto, para acelerar reacciones químicas utilizando la energía de la luz y un catalizador, explicó que “si bien degradar tetraciclina no supone algo nuevo, aquí el desafío es romper y mineralizar completamente el antibiótico, lo que se transformará en solo dos subproductos, agua y CO₂”.
Ahondando en esto, el investigador advirtió que “según la literatura científica, hasta ahora se ha logrado un 50% de mineralización en estos procesos, pero nosotros esperamos que el 90% de esta molécula se transforme en CO₂ y H2O, lo que es un desafío, porque los antibióticos son muy estables y difíciles de degradar, más aún de mineralizar”.
“Sin embargo, tenemos estrategias técnicas con las que creemos que podemos alcanzar estos resultados, por eso, utilizaré un material que se llama semiconductores, que catalizan y favorecen la ruptura de la molécula del antibiótico, lo que hacemos utilizando radiación solar, para reducir el consumo energético”, puntualizó.
Sumado a esto, el Dr. Rodríguez señaló que “aplicamos radiación solar simulada, exponiendo el material y el contaminante directamente, lo que funciona como un facilitador de la ruptura y mineralización de la molécula”.
Para el experto, la importancia de esta iniciativa se debe a que “el problema con los antibióticos o contaminantes de interés emergente es que, a nivel nacional, no existe ninguna regulación sobre su disposición final, y en Latinoamérica hay pocos catastros sobre lo que se hace con el medicamento luego de que se vence”.
“Sumado a que el agua es un bien escaso, aproximadamente el 50% de los antibióticos es absorbido por el cuerpo, el resto se elimina y termina en los cauces de agua, generando problemas de resistencia a los antibióticos”, señaló.
Un puente necesario
Por su parte, el Dr. Sebastián Pizarro, quien se encarga de la parte electroquímica del proyecto, es decir, la relación entre la electricidad y las reacciones químicas, indicó que “mi función dentro del proyecto es actuar como puente entre la etapa proceso de ruptura y mineralización de moléculas, en la que el antibiótico se convierte en CO2 y la posterior incorporación de la enzima que transformará este gas en un producto farmacológico”.
Este puente es necesario porque, en la fase de conversión del antibiótico, no se puede añadir la enzima, ya que sería destruida por el proceso de fotocatálisis. Por eso, buscaremos capturar el CO2 utilizando moléculas orgánicas llamadas quinonas, que nos permitirán almacenarlo y liberarlo en el momento en que comience el proceso enzimático para la generación de precursores farmacéuticos, relató.
El Dr. Pizarro también dijo que “lo interesante de las quinonas es que una vez activadas mediante procesos electroquímicos serán selectivas al CO2, incluso en presencia de otros gases”.
“Otro desafío es que yo suelo trabajar en solventes orgánicos, pero mediante este proyecto y en las condiciones experimentales, encontraremos la forma de trabajar con agua, cumpliendo así con uno de los objetivos de este concurso, es decir, ampliar la frontera del conocimiento, haciendo cosas que no se han hecho antes”, adelantó.
Sobre esto, el experto recalcó que “este potencial de incertidumbre y disrupción es una de las razones por las que nuestro proyecto quedó en el cuarto lugar de los 22 proyectos que se adjudicaron en Chile”.
Proceso inverso
Por otra parte, la Dra. Claudia Bernal, quien se encarga de la parte de la biocatálisis del proyecto, es decir, el uso de enzimas u otros componentes biológicos para catalizar reacciones químicas, aseguró que “no es nuevo utilizar CO₂ en reacciones enzimáticas, pero los procesos tradicionalmente estudiados no son favorables respecto al costo-beneficio”.
En línea con esto, la investigadora puntualizó que “trabajaremos con la enzima para poder formar ácido salicílico, molécula muy importante a nivel farmacéutico, ya que es un precursor de la aspirina, que hoy en día se hace con reacciones más contaminantes”.
La Dra. Bernal también hizo hincapié en que “elegimos este camino porque actualmente las enzimas que hacen los procesos de introducir el CO₂ no son comerciales y requieren condiciones muy difíciles de implementar con relaciones costo-beneficio convenientes. Además, al reutilizar el compuesto, estamos disminuyendo la huella energética del proceso farmacéutico y cerrando el ciclo de la contaminación”.
Finalmente, la académica destacó que “al postular obtuvimos un puntaje de excelencia, ya que nos calificaron con un 4,85 de 5, lo que es un gran hito para una universidad regional, porque generalmente son las grandes universidades las que se adjudican estas convocatorias y muchas veces involucrando a dos instituciones”.
