Una bacteria para reciclar plástico en 'seda de araña' biodegradable

Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han desarrollado una cepa de bacteria que puede convertir desechos plásticos en un análogo de seda de araña biodegradable.

Su nuevo estudio, publicado en Microbial Cell Factories, marca la primera vez que los científicos utilizan bacterias para transformar el plástico de polietileno, del tipo que se utiliza en muchos artículos de un solo uso, en un producto proteico de alto valor.

Ese producto, que los investigadores denominan "seda de araña bioinspirada" por su similitud con la seda que utilizan las arañas para tejer sus telas, tiene aplicaciones en textiles, cosméticos e incluso medicina.

"La seda de araña es el Kevlar de la naturaleza", afirmó Helen Zha, profesora asistente de ingeniería química y biológica y una de los investigadores del RPI que lidera el proyecto. "Puede ser casi tan fuerte como el acero bajo tensión. Sin embargo, es seis veces menos denso que el acero, por lo que es muy liviano. Como bioplástico, es elástico, resistente, no tóxico y biodegradable".

Todos esos atributos lo convierten en un gran material para un futuro donde los recursos renovables y evitar la contaminación plástica persistente sean la norma, dijo Zha.

El plástico de polietileno, que se encuentra en productos como bolsas de plástico, botellas de agua y envases de alimentos, es el mayor contribuyente a la contaminación plástica a nivel mundial y puede tardar más de 1.000 años en degradarse de forma natural. Sólo se recicla una pequeña porción del plástico de polietileno, por lo que las bacterias utilizadas en el estudio podrían ayudar a "reciclar" algunos de los residuos restantes.

Pseudomonas aeruginosa, la bacteria utilizada en el estudio, puede consumir polietileno de forma natural como fuente de alimento. El equipo de RPI abordó el desafío de diseñar esta bacteria para convertir los átomos de carbono del polietileno en una proteína de seda codificada genéticamente. Sorprendentemente, descubrieron que sus bacterias recientemente desarrolladas podían producir proteína de seda con un rendimiento que rivalizaba con algunas cepas de bacterias que se utilizan de manera más convencional en la biofabricación.

El proceso biológico subyacente detrás de esta innovación es algo que la gente ha utilizado durante milenios.

"Básicamente, las bacterias fermentan el plástico. La fermentación se utiliza para elaborar y conservar todo tipo de alimentos, como queso, pan y vino, y en las industrias bioquímicas se utiliza para producir antibióticos, aminoácidos y ácidos orgánicos", dijo Mattheos Koffas, profesor de Biocatálisis e Ingeniería Metabólica, y el otro investigador que lidera el proyecto.

Para lograr que las bacterias fermenten el polietileno, primero se "predigiere" el plástico, dijo Zha. Así como los humanos necesitamos cortar y masticar nuestros alimentos en trozos más pequeños antes de que nuestros cuerpos puedan usarlos, las bacterias tienen dificultades para comer las largas cadenas de moléculas, o polímeros, que componen el polietileno.

En el estudio, Zha y Koffas colaboraron con investigadores del Laboratorio Nacional Argonne, quienes despolimerizaron el plástico calentándolo bajo presión, produciendo una sustancia cerosa y suave. A continuación, el equipo colocó una capa de cera derivada del plástico en el fondo de los matraces, que sirvió como fuente de nutrientes para el cultivo de bacterias. Esto contrasta con la fermentación típica, que utiliza azúcares como fuente de nutrientes.

"Es como si, en lugar de alimentar a las bacterias con el pastel, le estuviéramos alimentando con las velas del pastel", dijo Zha.

Luego, mientras una placa calentadora hacía girar suavemente el contenido de los matraces, las bacterias se pusieron a trabajar. Después de 72 horas, los científicos filtraron las bacterias del cultivo líquido, purificaron la proteína de seda y la liofilizaron. En esa etapa, la proteína, que parecía bolas de algodón rotas, podría potencialmente ser hilada o transformada en otras formas útiles.

"Lo realmente interesante de este proceso es que, a diferencia de la forma en que se producen los plásticos hoy en día, nuestro proceso consume poca energía y no requiere el uso de productos químicos tóxicos", dijo Zha. "Los mejores químicos del mundo no podrían convertir el polietileno en seda de araña, pero estas bacterias sí pueden. Realmente estamos aprovechando lo que la naturaleza ha desarrollado para fabricarlo por nosotros".

Sin embargo, antes de que los productos de seda de araña reciclados se conviertan en realidad, los investigadores primero deberán encontrar formas de producir la proteína de seda de manera más eficiente.

"Este estudio establece que podemos utilizar estas bacterias para convertir el plástico en seda de araña. Nuestro trabajo futuro investigará si modificar las bacterias u otros aspectos del proceso nos permitirá aumentar la producción", dijo Koffas.