Bioingenieros de todo el mundo están trabajando para crear microbios productores de plástico que podrían reemplazar la industria de los plásticos derivados del petróleo. Ahora, investigadores en Corea han superado un obstáculo importante: lograr que las bacterias produzcan polímeros que tienen una estructura similar a un anillo, lo que hace que los plásticos sean más resistentes y térmicamente más estables. Como estas moléculas normalmente son tóxicas para los microorganismos, los investigadores tuvieron que crear una nueva vía metabólica que Escherichia coli Las bacterias producen y toleran tanto la agregación de polímeros como sus componentes básicos. El polímero resultante es biodegradable y tiene propiedades físicas que pueden prestarlo a aplicaciones biomédicas como la administración de fármacos, aunque se necesita más investigación. Los resultados se presentan en la revista Cell Press el 21 de agosto. Tendencias en biotecnología.
“Creo que la biofabricación será la clave del éxito en la mitigación del cambio climático y la crisis mundial del plástico”, dice el autor principal Sang-Yup Lee, ingeniero químico y biomolecular del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea. “Necesitamos colaborar internacionalmente para promover la fabricación de base biológica para que podamos garantizar un mejor medio ambiente para nuestro futuro”.
La mayoría de los plásticos utilizados para embalaje y fines industriales tienen una estructura “aromática” en forma de anillo, por ejemplo, el PET y el poliestireno. Estudios anteriores han producido microbios que pueden producir polímeros compuestos de monómeros aromáticos y alifáticos (no pigmentados) alternos, pero esta es la primera vez que los microbios han producido polímeros compuestos enteramente de monómeros con cadenas laterales aromáticas.
Para ello, los investigadores primero recombinaron enzimas de otros microorganismos para crear una nueva vía metabólica que permitiera a las bacterias producir un monómero aromático llamado fenillactato. A continuación, utilizaron simulaciones por computadora para diseñar una enzima polimerasa que pudiera ensamblar eficientemente estos componentes básicos de fenillactato en polímeros.
“Esta enzima puede sintetizar polímeros de manera más eficiente que cualquier enzima disponible en la naturaleza”, dice Lee.
Después de optimizar la vía metabólica de las bacterias y la enzima polimerasa, los investigadores cultivaron los microbios en cubas de fermentación de 6,6 litros (1,7 galones). La cepa final fue capaz de producir 12,3 g/L de polímero (poli(difenilato)). Para comercializar el producto, los investigadores quieren aumentar la producción hasta al menos 100 g/L.
“Basándonos en sus propiedades, creemos que este polímero debería ser especialmente adecuado para la administración de fármacos”, afirma Lee. “No es tan fuerte como el PET, principalmente debido a su menor peso molecular”.
En el futuro, los investigadores planean desarrollar tipos adicionales de monómeros y polímeros aromáticos con diferentes propiedades químicas y físicas; por ejemplo, polímeros de alto peso molecular necesarios para aplicaciones industriales. También están trabajando para perfeccionar aún más su metodología para poder ampliarla.
“Si nos esforzamos más en aumentar la producción, este método podrá comercializarse a gran escala”, afirma Li. “Estamos trabajando para mejorar la eficiencia de nuestro proceso de producción, así como el proceso de recuperación, para que podamos purificar económicamente los polímeros que producimos”.
Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Investigación, el Ministerio de Ciencia y TIC de Corea.
