Científicos mexicanos aprovechan los beneficios de la bacteria Azotobacter Vinelandii para la generación de plásticos biológicos, para continuar con el buen uso de productos biodegradables y disminuir el grave problema de contaminación que prevalece en el mundo. Este microorganismo es inocuo y fijador de nitrógeno presente en la hojarasca, capaz de producir un polímero 100 por ciento biodegradable que podría sustituir los plásticos convencionales derivados del petróleo.
Además tiene el potencial de poder usarse en la biomedicina al ser biocompatible con el cuerpo humano en la implantación de válvulas cardiacas o en el crecimiento de células de hueso, riñón o piel. Actualmente, el plástico pone en jaque a todo el mundo, debido a la contaminación que hay tanto en tierra como en aguas internacionales, e incluso pone en riesgo la salud humana, específicamente los microplásticos. En 2016, la Universidad Nacional Autónoma de México presentó el estudio realizado con el polímero polihidroxibutirato y dos años después se dio a conocer los primeros resultados de la generación de un bioproceso, es decir, el diseño y cultivo a pequeña escala de las células del microorganismo hasta desarrollarlas a gran escala.
La investigación está a cargo de Carlos Peña Malacara, por lo que los estudios continúan con dicha bacteria, la cual posee características químicas similares a la de los plásticos sintéticos.
El plástico es un polímero, es decir, un material formado por la unión repetitiva de miles de átomos hasta formar moléculas de gran tamaño, conocidas como macromoléculas. Son compuestos orgánicos integrados principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, cloro, azufre, silicio y fósforo. Existen distintos tipos de polímeros: aquellos que están formados por un mismo monómero unido de manera repetitiva y los que están constituidos por dos o tres monómeros diferentes.
Asimismo, dependiendo de estas características se obtendrán ramificaciones y un peso molecular del polímero para cada uno, y estos aspectos determinarán el uso final del plástico, por ejemplo, algunos podrían usarse en el área automotriz, otros en empaques, juguetes, etcétera.
Asimismo, un plástico es un polímero que al agregársele aditivos modifica sus propiedades, de ahí que pueda ser transformado y mejorar su resistencia. “La operación de mezclar polímeros con otros productos químicos produce lo que se conoce técnicamente como resina polimérica y que es la base de todos los plásticos de uso comercial. Los aditivos con los que se acondicionan los polímeros son sustancias químicas de características especiales que realizan actividades específicas en la resina”, destaca Carlos Rangel en su libro Los plásticos: materiales del siglo XX.
De esta manera, algunos aditivos sirven para darle mayor resistencia a un plástico, para protegerlo de la radiación ultravioleta, mientras otros se utilizan como colorantes, retardantes de flama y plastificantes, entre otros. Aunque de manera natural existen elementos de naturaleza polímero (la celulosa, la seda el almidón, etcétera), la materia prima para obtener los polímeros de síntesis, como el plástico, provienen de recursos fósiles como el petróleo.
El bioplástico
En todo el mundo se realizan distintos estudios sobre los plásticos para conocer, entre otras cosas, su ciclo de vida, su impacto ambiental y en la salud, sus formas de reciclaje o nuevas materias primas para obtenerlo. Una de las áreas que se ha desarrollado en las últimas décadas es la de la obtención de plásticos a partir de materias primas provenientes de recursos renovables. Un ejemplo de ello es la generación de biopolímeros o plásticos biológicos cuya base es la bacteria Azotobacter vinelandii que genera plástico de manera natural. Por ejemplo, de ella se produce el polihidroxibutirato (PHB), así como otro polímetro extracelular de importancia comercial que es el alginato. Desde hace 70 años se identificó esta bacteria que vive en el suelo y produce plástico de manera natural.
Así, en el laboratorio de Carlos Peña Malacara, del Instituto de Biotecnología de la UNAM, se trabaja con ella para generar bioplásticos.
El investigador destacó que en la actualidad gracias al conocimiento genético que se tiene de la bacteria, su grupo de investigación ha podido modificarla con el propósito de forzarla para que genere grandes cantidades de bioplástico. Señaló que estas cepas genéticamente modificadas primero se cultivan en cajas de Petri. Además, se estudia cómo responden a los cambios del ambiente, por lo que a través de un trabajo de escalamiento pasan del trabajo en matraces a grandes fermentadores.
La investigación ha logrado el desarrollo de prototipos de bioplásticos a partir de Azotobacter vinelandii, los cuales tendrían aplicaciones en la producción de botellas y envases térmicos, así como de distintos materiales médicos como hilos de sutura, stent para reconstrucción de conductos biliares, andamios para ayudar a la cicatrización, válvulas cardiacas y prótesis. Además, también serían útiles en el área de la ingeniería de tejidos.
Los plásticos no son malos por sí; tienen grandes ventajas para el sector de alimentos porque les confieren protección, nos permiten tener alimentos seguros y eso es una necesidad básica, lo que tenemos que hacer es darles un tratamiento que permita que no se conviertan en ese problema ambiental”, destacó la especialista de la Facultad de Química de la UNAM, Amelia Farréz González Saravia.
De acuerdo con el documento de la UNAM, una de las primeras soluciones para los desechos de plástico fueron los rellenos sanitarios, los cuales, aunque han sido una herramienta útil para el acopio de los materiales tienen desventajas, pues el plástico que se queda en ellos puede tardar hasta 500 años en degradarse. Además, se acumulan sustancias tóxicas que están presentes tanto en los plásticos como en otros componentes de estos mismos rellenos, lo cual genera una mayor toxicidad.
Aunado a esta situación el Tereftalato de polietileno o PET es un gran problema por todos los desechos que se generan. Cabe destacar que México se encuentra entre los países que más desechos de PET produce, debido al alto consumo de refrescos y de agua embotellada, y se estima que al año se producen alrededor de 200 botellas de PET por cada mexicano.
Enunció que una de las alternativas que se ha propuesto para el reciclado de este tipo de plástico es el tratamiento térmico o su transformación en otro tipo de productos que puedan ser rendidores en términos económicos. En este sentido, pueden transformarse en camisetas o uno de los casos más conocidos es el de transformarlos en ladrillos, como material de construcción, el cual es conocido como Petbrit. En la Facultad de Química de la UNAM, Farrés González y Carolina Peña propusieron un método a través de enzimas recombinantes para degradar plástico en 15 días, trabajo por el cual obtuvieron en 2017 el tercer lugar de los Premios del Programa al Patentamiento y la Innovación (Profopi) de la Coordinación de Innovación y Desarrollo. Para lograr este proceso las investigadoras aislaron los genes del hongo Aspergillus nidulans (que ataca a las plantas) y los transfirieron a la levadura Pichia pastoris.
“Se demostró que estas enzimas recombinantes introducidas a Pichia pastoris eran capaces de llevar a cabo las mismas reacciones que llevan en el hongo original, es decir, la degradación de poliésteres”, explicó González Saravia.
