Científicos UNAB crean sistema para obtener bioplástico a partir de bacterias

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Un grupo de investigadores del Centro de Bioinformática y Biología Integrativa (CBIB) de la Universidad Andrés Bello descubrió una novedosa manera de generar plástico que se biodegrada en sólo cuatro meses.

Por María José Marconi / maria.marconi@unab.cl

Hace pocos días la revista Science Advances publicó un estudio que impactó a la opinión pública y generó aciagos titulares en todo el mundo: Desde que comenzó su producción industrial, hace poco más de 60 años, el ser humano ha generado más de 8.3 mil millones de toneladas de plástico. De dicha cantidad, más del 70% es basura que se encuentra actualmente en vertederos y en los océanos.

Una posible vía para contrarrestar este problema global son los grandes avances que ha tenido la ingeniería metabólica en las últimas décadas, que han hecho posible la síntesis de biopolímeros –entre otros productos químicos valiosos- a partir de la manipulación de microbios. En particular, los biopolímeros que generan mayor interés en este sentido son los polihidroxialcanoatos (PHAs), que se acumulan al interior de algunos microorganismos como una reserva de energía.

Los PHA son la mejor opción conocida para reemplazar a los plásticos derivados del petróleo, cuyo mayor problema es la fugacidad de su uso versus su extensa duración y dañino impacto en el ambiente. No obstante, los métodos utilizados para extraer el biopolímero de la célula implican dificultosos procedimientos cuyos costos alcanzan hasta un 20% del proceso total de producción.

En un estudio publicado a fines de junio en la revista Scientific Reports del grupo Nature, un grupo de investigadores del Centro de Bioinformática y Biología Integrativa (CBIB) de la Universidad Andrés Bello reportó la creación de un nuevo sistema para provocar la autodestrucción de la célula, y con ello la liberación del biopolímero, de una manera programada; un método que, por si fuera poco, se distingue por su simpleza y bajo costo. Una vez utilizado, el plástico obtenido se puede biodegradar en un periodo de 4 meses.

Proceso de extracción del bioplástico

Los mejores fabricantes de PHAs son las bacterias Pseudomonas, en particular, al “alimentarlas” con sustratos de carbono como aceites usados o, en el caso de este estudio, glicerol: un subproducto del biodiesel. Estos sustratos son dañinos o hasta letales para la mayoría de las bacterias, pero las Pseudomonas resisten estos efectos sin comprometer su crecimiento ni la cantidad de biopolímero que producen.

Ahora bien, aquí es donde la extracción del material presenta complejidades que hacen de este proceso algo muy costoso. Uno de los obstáculos principales es que estas bacterias están recubiertas por una doble membrana que dificulta la lisis o ruptura celular. “Lo que hicimos fue crear un sistema de expresión de un gen que se coloca dentro de la célula y que produce la enzima lisozima, capaz de provocar esta autodestrucción”, explica el Dr. Ignacio Poblete, quien dirige el Laboratorio de Ingeniería de Biosistemas del CBIB, al cual pertenece este trabajo de investigación.

Lo fundamental, señala el Dr. Poblete, es que esta enzima llegue al espacio que existe entre las dos membranas, llamado periplasma, para así poder romperlas. En este punto radica la relevancia de este trabajo: la bacteria capta una señal de la lisozima para enviarla al periplasma y allí atacar al principal componente de la pared bacteriana para vulnerarla, cumpliendo de esta manera su función.

De acuerdo al estudio, otra de las ventajas es que esta autodestrucción de la bacteria se puede programar en cualquier fase de su crecimiento. En este sentido, es posible detectar cuándo se acumula la mayor cantidad del biopolímero, es decir, el mejor momento para activar este sistema.

Alcances y desafíos

Hasta ahora, diversos grupos de investigación han construido diferentes sistemas genéticos para conseguir la degradación de la pared bacteriana, y se han utilizado para extraer material para producir biocombustibles. Su mayor problema era que estos sistemas son ineficientes cuando la bacteria está en condiciones de producir biopolímeros. Así, el éxito de este proyecto abre las puertas a la posibilidad de generar bioplástico –y diversos productos químicos valiosos- de manera sistemática y controlada, de forma tal que pueda competir con la industria del plástico sintético.

Otro de los alcances de este trabajo es que, dependiendo del “alimento” que se le dé a la bacteria, ésta puede producir distintos tipos de plástico, es decir, polímeros con diferentes características físicas y mecánicas. Pero los investigadores de este laboratorio buscan ir incluso más allá. “A través de la ingeniería genética, queremos lograr producir estos distintos tipos de plástico dándole a la bacteria el mismo alimento barato, ya sea aceite usado, glicerol, etc.”, señala el Dr. Poblete.

Al desafío de afinar aún más este sistema y probar otras aplicaciones en esta línea, se suma la compleja necesidad de crear plantas locales para la producción a gran escala de objetos a partir de este material. Los altos gastos operacionales se verían mitigados sustancialmente por la utilización de los materiales mencionados por el investigador, en particular los aceites usados. “Chile podría producir fácilmente los biopolímeros de manera más barata que cualquier otro mercado, porque tenemos la materia prima. Para armar una planta capaz de generar volúmenes competitivos necesitamos una inversión que, hasta el momento, nadie quiere hacer”, advierte finalmente.