En un mundo inundado de plásticos derivados del petróleo, los científicos buscan alternativas que sean más sostenibles, biodegradables y mucho menos tóxicas para el medio ambiente.
El plástico es la base de muchas industrias modernas. Estos materiales económicos, livianos, duraderos y versátiles se utilizan en agricultura, embalaje, construcción, atención médica y más.
No sorprende que estemos produciendo y tirando más plástico que nunca: entre 2000 y 2019, la producción de plástico y residuos se duplicó, alcanzando 460 millones y 353 millones de toneladas respectivamente.
De todos los residuos plásticos producidos en 2019, solo el 9% se recicló, mientras que el 91% restante se depositó en vertederos, se incineró o se eliminó de otro modo de forma inadecuada (por ejemplo, enviado a vertederos no controlados). La producción de plástico representa actualmente el 3,4% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero y, en 2050, representará casi el 13% del presupuesto mundial de carbono, equivalente a las emisiones combinadas de 615 centrales eléctricas alimentadas con carbón.
La solución a largo plazo a estos problemas es circularizar la economía del plástico: alejarse de los plásticos de un solo uso, no biodegradables y de base petroquímica, hacia alternativas más ecológicas.
Los polihidroxialcanoatos (PHA) son poliésteres producidos por diversos microorganismos como reservas intracelulares de carbono y energía en respuesta a desequilibrios de nutrientes y redox, estrés lumínico y otros estímulos ambientales.
Los PHA incluyen más de 150 monómeros con diferentes propiedades físicas y estructurales, aunque generalmente son termoplásticos, biocompatibles, biodegradables, no tóxicos, inertes e hidrofóbicos.
Estas propiedades convierten al PHA en un candidato a bioplástico adecuado con posibles aplicaciones en embalaje, agricultura, biomedicina y productos farmacéuticos. Sin embargo, sólo unas pocas empresas comerciales operan en esta área, ya que la producción industrial adolece de bajos rendimientos, dependencia de recursos costosos o que consumen mucha energía y un metabolismo lento. Además, no basta con eliminar estas barreras de entrada. Las soluciones también deben tener en cuenta cuestiones climáticas más amplias, como las emisiones de gases de efecto invernadero y la competencia con la agricultura por materias primas orgánicas para apoyar la bioproducción heterotrófica.
Dos nuevos estudios realizados por biólogos de la Universidad de Washington en St. Louis destacan una fuente potencial de materiales revolucionarios: bacterias moradas que, con un poco de estímulo, pueden actuar como fábricas microscópicas de bioplásticos, escribe Chris Woolston en la Universidad de Washington en St. Louis. liberar. .
Un estudio dirigido por el estudiante de posgrado Eric Conners encontró que dos especies relativamente poco conocidas de bacterias púrpuras tienen la capacidad de producir polihidroxialcanoatos (PHA), polímeros naturales que pueden purificarse para producir plástico.
Otro estudio, dirigido por la directora del laboratorio de investigación, Tahina Ranaivoarisoa, encontró que la ingeniería genética podría hacer que una especie de bacteria púrpura bien estudiada pero notoriamente obstinada aumente dramáticamente la producción de PHA.
Conners y Ranaivoarisoa trabajan en el laboratorio de Arpita Bose, profesora asistente de biología en Artes y Ciencias y autora del nuevo estudio. “Existe una enorme demanda mundial de bioplásticos. Se pueden producir sin añadir CO2 a la atmósfera y son completamente biodegradables. Estos dos estudios muestran la importancia de utilizar múltiples enfoques para encontrar nuevas formas de producir un material valioso”, afirma Bose.
Las bacterias moradas son un grupo especial de microbios acuáticos conocidos por su adaptabilidad y capacidad para crear compuestos útiles a partir de ingredientes simples. Al igual que las plantas verdes y algunas otras bacterias, pueden convertir el dióxido de carbono en alimento utilizando la energía del sol. Pero en lugar de clorofila verde, utilizan otros pigmentos para capturar la luz solar.
Las bacterias producen naturalmente PHA y otros componentes bioplásticos para almacenar carbono adicional. En las condiciones adecuadas, pueden seguir produciendo estos polímeros indefinidamente.
Dos especies poco conocidas de bacterias violetas del género Rhodomicrobium han demostrado una notable aptitud para producir polímeros, especialmente cuando funcionan con pequeñas cantidades de electricidad y se alimentan con nitrógeno, informan biólogos de la Universidad de Washington en la revista Microbial Biotechnology.
“Vale la pena observar bacterias que no hemos observado antes. Ni siquiera estamos cerca de realizar su potencial”, dijo Conners.
Las bacterias Rhodomicrobium tienen propiedades inusuales que las convierten en contendientes intrigantes como fábricas de bioplásticos naturales. “Esta es una bacteria única que se ve muy diferente de otras bacterias moradas. Mientras que algunas especies flotan en cultivo como células individuales, este género en particular forma redes interconectadas que parecen ser particularmente adecuadas para producir PHA”, explicó Conners. Mientras que algunas especies flotan en cultivo como células individuales, este género en particular forma redes interconectadas que parecen ser particularmente adecuadas para producir PHA.
Otros tipos de bacterias también pueden producir polímeros bioplásticos con algo de ayuda. Como se informó en la revista Applied and Environmental Microbiology, investigadores de la Universidad de Washington utilizaron ingeniería genética para producir niveles impresionantes de PHA a partir de Rhodopseudomonas palustris TIE-1, una especie bien estudiada que normalmente es reacia a producir polímeros. «TIE-1 es un organismo fantástico para estudiar, pero históricamente no ha sido el mejor para la producción de PHA», afirma Ranaivoarisoa.
Varios cambios genéticos han ayudado a aumentar el rendimiento de PHA, pero un enfoque ha sido particularmente exitoso. Los investigadores obtuvieron resultados espectaculares cuando introdujeron un gen que aumentó la cantidad de la enzima natural RuBisCO, un catalizador que ayuda a las plantas y bacterias a secuestrar carbono del aire y el agua.
Con la ayuda de una enzima supercargada, bacterias normalmente lentas se han transformado en verdaderas potencias de PHA. Los investigadores son optimistas de que sea posible un enfoque similar con otras bacterias que pueden producir niveles aún más altos de bioplástico.
En un futuro próximo, Bose planea examinar más de cerca la calidad y los posibles usos de los polímeros producidos en su laboratorio: «Esperamos que estos bioplásticos conduzcan a soluciones reales en el futuro».
Fuente: Universidad de Washington en St. Luis. Autor: Chris Woolston.
Arpita Bose está trabajando con Rhodopseudomonas palustris TIE-1, una bacteria violeta con una flexibilidad metabólica inusual, incluida la capacidad de extraer electrones del hierro o directamente de un electrodo. Crédito de la foto: Joe Ángeles/WashU.
