Por un cambio drástico en el uso del plástico, los bioplásticos.

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En nuestra era moderna de ciencia y tecnología, los plásticos son uno de los materiales más usados a nivel mundial y sus aplicaciones son vitales para la industria automotriz, la fabricación de electrodomésticos, equipos informáticos e incluso materiales médicos. Es por ello que la durabilidad y la resistencia son propiedades deseables en el uso de este material. Sin embargo, los desechos de plástico no son nada amigables con el medio ambiente y se acumulan a un ritmo frenético de 25.000.000 de toneladas al año, un verdadero drama para nuestro planeta. ¿Qué hacer? Concientizar sobre su uso racional, reciclar los residuos y buscar alternativas biodegradables como los bioplásticos.

En la década de 1920, un microbiólogo del Instituto Pasteur de París, Lemoigne, aisló una sustancia extraña de la bacteria Bacillus megaterium, un polímero de origen y propiedades desconocidas que representó un reto para microbiólogos y bioquímicos de la fecha. Tuvieron que pasar alrededor de 50 años para saber que aquel biopolímero era parte de una gran familia de polímeros conocida colectivamente como poli-hidroxi-alcano-ato (lo separo con guiones para hacer más fácil su lectura) o PHA.

Así como nosotros acumulamos grasa como reserva de energía (shit!), muchos microorganismos también almacenan nutrientes para el consumo futuro. Sus materiales de reserva no son los rollitos, gorditos o michelines abdominales, sino glucógeno, poliaminoácidos, polifosfatos o lípidos. Y son precisamente los PHA uno de los materiales acumulados por una amplia variedad de microorganismos en presencia de fuentes de carbono abundante.

La bacteria Pseudomonas repleta de gránulos de PHA.
La bacterias repletas de gránulos de PHA, reserva de energía.

Este material, el PHA, es un termoplástico cristalino con propiedades comparables a las del polipropileno. Estos biomateriales han sido el foco de atención de las últimas tres décadas como un sustituto potencial de los plásticos de origen petroquímico no biodegradables porque es un material que puede ser completamente degradado en agua y CO2 por la acción de microorganismos naturalmente presentes en el ambiente. Además, el PHA es también un material biocompatible con los tejidos humanos y está en estudio para su aplicación en los campos de la biomedicina y biofarmacéutica.

Sin embargo, son muchos los retos que se deben superar para que se desarrolle la industria de los PHA, entre los que destacan: la producción todavía es poco eficiente, el plástico convencional petroquímico sigue siendo más barato y que la materia prima para cultivar las bacterias (o sea, fuentes de carbono como glucosa) aumenta su precio constantemente.

Es aquí cuando entran en juego mis queridas cianobacterias. Estas bacterias fotosintéticas, de las que debemos estar eternamente agradecidos como les sugerí en “¡Gracias, cianobacterias! ¡Gracias!”, son un sistema prometedor para la producción de una alternativa ecológica al plástico ya que también acumulan PHA.

Estos simpáticos microorganismos fotosintéticos poseen un potencial biotecnológico insospechado, ya que de ellas se pueden obtener compuestos bioactivos como fungicidas, antibióticos, antivirales, antitumorales o nutracéuticos, su biomasa se utiliza para la producción de biocombustibles, son capaces de producir hidrógeno (la fuente de energía del futuro) y son una potencial fuente de alimentos. El puntazo a su favor es que crecen principalmente a expensas de luz y CO2, recursos ilimitados y gratis. ¿Van viendo por dónde van los tiros?

Había dicho que los PHA son una gran familia, compuesta por aproximadamente 150 tipos de polímeros distintos. Uno de ellos, el poli-hidroxi-butirato o PHB, es acumulado eficientemente en algunas cianobacterias. Bajo determinadas condiciones de cultivo, el PHB ha representado hasta el 30 % del peso de la biomasa de la cianobacteria. Un dato prometedor, pero insuficiente.

El cultivo industrial de estas formidables aliadas se lleva a cabo de dos formas. Una, en piscinas abiertas donde crecen a expensa del CO2 atmosférico, luz solar, agua y algunas sales minerales. Un sistema relativamente barato y usado en muchos países para el cultivo de Spirulina, principalmente. Sin embargo, la contaminación con bichos no deseados y las condiciones climáticas adversas no garantizan una producción constante de biomasa de cianobacteria.

La otra manera de cultivarlas es en fotobiorreactores. Estos dispositivos son sistemas cerrados (usualmente tubos) donde se burbujea CO2, se ilumina con luz natural y/o artificial y la temperatura puede ser controlada. El crecimiento es más o menos constante, independiente del clima, los cultivos son puros y en general el proceso es más eficiente y, naturalmente, más caro que el primero.

Formas de cultivo industrial de cianobacterias. Piscinas y fotobiorreactores.
Formas de cultivo industrial de cianobacterias. Piscinas y fotobiorreactores.

La producción de biomasa de cianobacterias es una industria que crece año a año, ya que los productos derivados, como comenté, son de alto valor añadido. Olvidé mencionar que también se usan como ingrediente de piensos animales. O sea, que todo se aprovecha de ellas mientras utilizan el CO2 responsable del calentamiento climático. El asunto pendiente está no solo en seguir investigando las condiciones de cultivo idóneas para que acumulen gran cantidad PHB, sino en domesticarlas mediante ingeniería genética para una producción más eficiente del bioplástico que sustituya al plástico petroquímico convencional.

En la siguiente foto, una botella fabricada con PHB al cabo de 10 semanas a la intemperie. ¿No es acaso un sueño? ¿Se imaginan un día en que todo el plástico se degrade naturalmente como esta botella? Y si es necesario hacerlo con cianobacterias mejoradas genéticamente ¿sería razonable oponerse a ello? Desde luego que no.

Botella de bioplástico al cabo de 10 semanas a la intemperie.
Botella de bioplástico al cabo de 10 semanas a la intemperie.

Hoy destaco esta forma de obtener bioplásticos mediante biotecnología de cianobacterias (porque ellas están entre mis debilidades), pero no es la única vía. Por ejemplo, mi amigo Alexis Rebolledo, de la Red Latinoamericana de Blog de Ciencia, nos cuenta que desarrollan productos biodegradables a partir de desechos agrícolas, donde podrán enterarse acerca de la fabricación de otro tipo de plásticos biodegradables.

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Fuentes:

Abed RM, Dobretsov S, Sudesh K. (2009) Applications of cyanobacteria in biotechnology. JAppl Microbiol.  106(1):1-12.

Wang Y, Yin J, Chen GQ (2014) Polyhydroxyalkanoates, challenges and opportunities. Curr Opin Biotechnol. 30C :59-65

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