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Investigadores coreanos han modificado genéticamente una cepa de bacteria E. coli para producir plásticos biodegradables usando solo glucosa como combustible

23 marzo, 2025 Deja un comentario

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Imagen: ARPON – Depositphotos.

Se utilizaron enzimas que pueden incorporar una amplia gama de químicos en polímeros, incluyendo aminoácidos y ácidos lácticos, ofreciendo flexibilidad en las propiedades del plástico resultante.

  • Bacterias modificadas para producir polímeros biodegradables.
  • Usan glucosa como única fuente de carbono.
  • Enzimas adaptadas para formar enlaces entre aminoácidos.
  • E. coli optimizadas para tolerar el sistema.
  • Polímeros producidos: mezcla de aminoácidos y ácidos orgánicos.
  • Rendimiento mejorado: hasta 50 % del peso celular.
  • Polímeros con alta versatilidad y potencial biodegradable.

Ingenieros diseñan bacterias para fabricar plásticos biodegradables

Los plásticos convencionales siguen siendo un problema ambiental grave. Su fabricación depende de derivados del petróleo, perpetuando la dependencia de los combustibles fósiles.

Además, su resistencia a la degradación provoca una acumulación persistente en el medio ambiente, fragmentándose en microplásticos que contaminan ecosistemas enteros.

Biología como alternativa

En los últimos años, la biotecnología ha ofrecido soluciones prometedoras: desde bacterias que degradan plásticos hasta enzimas diseñadas para descomponerlos más rápido.

Ahora, un paso más allá: la producción de nuevos plásticos biodegradables desde cero usando organismos vivos.

Sistema bacteriano de almacenamiento de energía

El equipo de investigadores coreanos se enfocó en las bacterias que producen polihidroxialcanoatos (PHAs).

Estas sustancias se generan cuando hay un exceso de carbono, pero escasean otros nutrientes esenciales. En vez de crecer, las bacterias almacenan carbono formando polímeros, que luego pueden reutilizar cuando las condiciones mejoran.

Lo notable de este sistema es su flexibilidad molecular: se han identificado más de 150 moléculas distintas que pueden incorporarse a los PHAs.

La enzima clave, la PHA sintasa, solo requiere que la molécula pueda formar un enlace éster y que esté unida a la coenzima A, un intermediario común en la bioquímica celular.

Nuevas enzimas para enlaces inusuales

El siguiente avance fue lograr que las enzimas formen enlaces distintos: en lugar de oxígeno, que usen átomos de nitrógeno como los presentes en los aminoácidos.

Aunque no existían enzimas conocidas para este propósito, los investigadores probaron una enzima de Clostridium y otra modificada de Pseudomonas.

Estas enzimas lograron formar polímeros a partir de aminoácidos en tubos de ensayo. El reto era replicar el proceso dentro de células vivas.

Al principio, una de las enzimas resultó ligeramente tóxica para E. coli, ralentizando su crecimiento. Sin embargo, se logró evolucionar una cepa resistente, que produjo pequeñas cantidades de polímero.

Aumentando la producción de polímeros

Para mejorar el rendimiento, se incorporaron genes adicionales que aumentaban la producción intracelular de lisina, un aminoácido específico. Esto generó más polímero y con mayor proporción de lisina.

La mayoría de los polímeros también contenían ácido láctico, derivado común del metabolismo de la glucosa. Al eliminar el gen responsable de su producción principal, se redujo su presencia en los polímeros, logrando mayor control del contenido final.

Además, al modificar otras condiciones del cultivo y añadir más enzimas, se consiguió aumentar el rendimiento hasta que más del 50 % del peso celular correspondía al polímero producido.

Limitaciones del sistema

A pesar de los avances, hay desafíos importantes. No se puede controlar totalmente qué compuestos se integran al polímero: siempre habrá cierta aleatoriedad debido al metabolismo celular.

También, el proceso de purificación del polímero sigue siendo complejo y costoso. Además, la velocidad de producción aún es baja comparada con métodos industriales actuales.

Potencial de esta tecnología

A pesar de sus limitaciones, esta tecnología representa un avance clave hacia una producción de plásticos más ecológica:

  • No depende de petróleo, usa glucosa como fuente de carbono
  • Biodegradabilidad intrínseca, evitando acumulación de residuos
  • Flexibilidad química para crear materiales con distintas propiedades
  • Producción bajo condiciones biológicas, sin químicos tóxicos

Si se optimiza a escala industrial, podría reemplazar parte significativa de los plásticos convencionales. A largo plazo, este enfoque puede contribuir a una economía circular más limpia y sostenible, basada en recursos renovables y procesos biológicos.

Más información: Nature Chemical Biology, 2025. DOI: 10.1038/s41589-025-01842-2

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Publicado en: Biodegradables, Tecnología verde

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