La biotecnología en el medioambiente
Agosto es el mes de la Pachamama (madre tierra). Las comunidades andinas, especialmente del noroeste argentino, le agradecen por todo lo que la naturaleza les provee. Le depositan su fé y le rinden un homenaje mediante rituales y ofrendas (que pueden ser productos cosechados de la región o productos valorados por las comunidades). Esta costumbre que viene de generación en generación a lo largo de varios siglos de a poco comienza a extrapolarse al resto de la población. No solo desde el lado de sumarse de manera respetuosa a esta costumbre, sino también desde el lado del entendimiento del pensamiento de ser agradecidos con nuestra tierra. De a poco se acrecienta más la conciencia ambiental y se empieza a hacer más énfasis en la colaboración con el cuidado de nuestro planeta tierra, a la vez de que nos preguntamos ¿Qué le retribuimos a cambio? Y es aquí donde entran en juego varias herramientas, como la adopción de ciertas costumbres en nuestros hogares: el separar la basura y reciclar, como la divulgación para concientizar al que tengo al lado y llegar a más personas, y principalmente lo que me interesa destacar, la utilización de herramientas biotecnológicas que colaboren con el cuidado del medioambiente.
La industria del plástico y una posible solución biológica
Es sabido que la industria del plástico es una de las que más contamina. Sus depositados tardan años en degradarse afectan los suelos, océanos y la biodiversidad interrumpiendo con procesos naturales de los seres vivos, e intoxicándolos. Se prevé que para el 2050 en los océanos haya más plástico que peces en cuestión de peso (Kg). Específicamente, los polietilenos (compuesto muy utilizado para los plásticos) son polímeros de carbono e hidrógeno resistentes a la descomposición biológica, tanto que se calcula que en 100 años se degradaría menos del 0,5%. Se dice que este producto no es biodegradable ya que ningún organismo vivo sería capaz de alimentarse y degradarlo. Sin embargo, se descubrió hace un tiempo que el uso de microorganismos se presenta de manera positiva como una posible solución tentadora para estos problemas. ¿De qué manera? Utilizando como sustrato (alimentación) los desechos contaminantes y generando productos liberados al medio menos dañinos.
Al día de hoy se conocen decenas de especies de microorganismos (bacterias, protozoos y hongos) capaces de digerirlo y asimilarlo, tanto que grupos de investigación indagan la forma de aumentar el porcentaje de efectividad y acelerar esta capacidad para llevarlo a la producción en la industria. Un caso muy particular es el de Ideonella sakaiensi, descubierta en 2016 por un grupo japonés liderado por Shosuke Yoshida. Esta bacteria hallada en el interior de una planta de reciclaje de botellas de plástico fue la única cepa que se encontraba presente capaz de degradar tereftalato de polietileno (PET) a ácido tereftálico y etilenglicol. En otras palabras, esta cepa bacteriana vive utilizando como principal fuente de energía (alimento) al PET, uno de los plásticos más utilizados como envases de bebidas, productos farmacéuticos y textiles. Esta bacteria es capaz de degradar en apenas 6 semanas a temperaturas de entre 30-40 grados según degrade PET o películas de PET. Para esto, utiliza dos enzimas hidrolasas (ISF6_4831 o PETasa y ISF6_0224 o MHETasa) en un proceso de degradación en presencia de H2O. La primera enzima genera como producto un intermediario y la segunda lo toma como sustrato para finalmente liberar el ácido tereftálico y el etilenglicol que son menos benignos para el medio ambiente. Cabe destacar, que se cree que Ideonella sakaiensi existe solo hace 70 años probablemente habiendo evolucionado en paralelo con la industria del plástico por lo que no ha tenido tantas mutaciones como otras cepas que existen hace mucho más tiempo.
Para efectivizar este proceso, se ha conseguido patentar una enzima PETasa de Ideonella sakaiensi mutada en su centro catalítico que optimiza la descomposición del plástico (hasta un 10% más rápido). Aún más, se logró generar una proteína de fusión con ambas enzimas (PETasa y MHETasa) formando una única superenzima lo cual triplica la degradación del PET. Y se descubrió que esta modificación le otorga también la capacidad de degradar puranoato de polietileno (PEF), un bioplástico. Por otra parte, Un equipo integrado por investigadores de TBI, Université de Toulouse, CRITT Bio-Industries y Carbios, Biopôle Clermont Limagne llegó aún más lejos y en 2020 tomaron a la enzima cutinasa de compost de hojas y ramas (LLC), también con capacidad de degradar PET y la rediseñaron logrando una enzima mutante 10.000 veces más eficiente en la degradación del PET que la LCC natural pudiendo descomponer el plástico en tan solo 10 horas. Además, es estable a 72 °C, temperatura donde el PET se vuelve maleable siendo más fácil de disolver. Afortunadamente, ya se encuentra en fase piloto a nivel industrial.
Asimismo, los microorganismos también pueden contribuir con la producción de plásticos a partir de fuentes de carbono renovables y menos nocivos. Los polihidroxialcanoatos (PHA), por ejemplo, son biopoliésteres sintetizados intracelularmente por algunos microorganismos como reserva de carbono y energía que, una vez extraídos de la célula, presentan propiedades físicas similares a los plásticos derivados del petróleo como el polietileno y el polipropileno y luego, pueden ser asimilados por diversos microorganismos ya sea de suelos, mares, o aguas residuales sin causar efectos tóxicos. El PHA más estudiado es el P3HB (poli-3-hidroxibutirato), producido por la bacteria Ralstonia eutropha a partir de Acetil CoA (una molécula presente en nuestros organismos indispensable para la formación de energía), a partir de 3 enzimas que realizan 3 reacciones y luego puede ser fácilmente degradado liberando dióxido de carbono o metano. Actualmente, una de las grandes ventajas de este biopolímero es que pueden utilizarse en biomedicina ya que son compatibles con el tejido humano y son reabdorbidos a una baja velocidad.
Bioplásticos vs plásticos derivados del petróleo
Aunque los bioplásticos actualmente se produzcan a escala comercial, para la industria del plástico no es tan viable como los derivados del petróleo ya que el precio es más alto. Para paliar este problema económico, se toman medidas para hacerlos más accesibles a la población, entre las cuales figuran mejoras en el proceso de fermentación y extracción, así como el desarrollo de cepas microbianas más productivas que puedan utilizar sustratos de bajo costo.
En cuanto a la situación mundial actual, aunque los precios del petróleo siguen volátiles sin estabilizarse y por el temor de una desaceleración en la demanda del petróleo, un aumento en la producción y un aumento en las reservas de crudo y gasolina, estos días han estado bajando. Sin embargo, más allá del panorama actual, a largo plazo se estima que va a seguir subiendo como el último año. Además, se estima que la demanda de productos plásticos aumentará drásticamente para lo cual será requerido usar el 50 % del petróleo disponible en ese momento. Tal situación tendría un impacto en el precio de los plásticos, que se pronostica se incrementaría drásticamente. Si así sucede, esto resultaría positivo para la industria de los bioplásticos en cuanto a los costos de producción.
De esta forma, la revolución de la producción y el reciclaje de plásticos pasaría por utilizar elementos de la naturaleza para producirlos, descomponerlos y volverlos a introducir en el medioambiente generando una economía circular que favorezca a la población no solo por los costos de producción sino también por la reducción de los efectos nocivos al medioambiente. Es cuestión de seguir actuando hacia el cambio.
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