Bioplásticos más sostenibles y económicos gracias a una bacteria modificada

Cada año se producen cientos de millones de toneladas de plásticos de origen petroquímico, buena parte de los cuales termina en el medioambiente o se incinera. Esto agrava las emisiones de gases de efecto invernadero y la crisis ambiental por contaminación de plásticos.

Ahora, una investigación liderada por la Universidad de Barcelona (UB) ha obtenido un bioplástico biodegradable de alto valor industrial —el polihidroxibutirado o PHB— a partir del almidón sin procesar de la patata, en un único paso de 24 horas, un avance estratégico que puede contribuir a reducir la dependencia del petróleo y el volumen de residuos plásticos persistentes.

El equipo lo integran, entre otros, Maryia Shahayeva, Pere Picart y Mercedes Berlanga, de la Universidad de Barcelona.

Los autores del estudio han comprobado que la bacteria Bacillus subtilis es una plataforma robusta y de gran interés industrial para producir PHB a partir del almidón de la patata, un subproducto agrícola abundante y de bajo coste económico.

La Bacillus subtilis es un microorganismo seguro y ampliamente utilizado en biotecnología industrial para producir enzimas y productos químicos.

La modificación genética de la bacteria Bacillus subtilis abre una vía de gran interés industrial para obtener un plástico sostenible y económico —el PHB— a partir del almidón de la patata, en un solo paso. (Imagen: Universitat de Barcelona. CC BY)

«La producción comercial de PHB requiere el uso de microbios que no sean patógenos y que sean genéticamente tratables, de crecimiento rápido, metabólicamente resistentes y capaces de utilizar diversas fuentes de carbono», detallan los autores del estudio.

Hasta ahora, el potencial de la Bacillus subtilis para producir PHB estaba bastante inexplorado, y durante mucho tiempo no se ha sabido de ninguna estrategia sistemática de ingeniería metabólica capaz de facilitar una alta acumulación de plástico en la bacteria.

Mediante técnicas de ingeniería genética basadas en CRISPR-Cas9, el equipo ha rediseñado el metabolismo de B. subtilis para mejorar la producción del biopolímero. «Estudios anteriores mostraban que la capacidad de la bacteria para producir PHB era limitada, con acumulaciones inferiores al 13% del peso seco celular», apunta el equipo.

Estos bajos rendimientos exigían una mayor optimización de la expresión de las vías y la formación de gránulos de polímero para explotar plenamente B. subtilis.

El equipo ha modificado genéticamente B. subtilis a fin de obtener una plataforma microbiana grampositiva segura para la producción eficiente y sostenible de PHB a partir de almidón sin procesar. La integración genómica y la expresión constitutiva de phaA, combinada con la expresión controlada del operón phaRBC, ha permitido una acumulación eficiente de polímeros a partir de múltiples fuentes de carbono. Además, la incorporación del gen amyQ, que codifica una alfa-amilasa, facilitó la conversión directa de almidón de patata sin procesar en PHB, en un proceso de un solo paso en 24 horas.

Con esta combinación se obtuvieron 11,3 g/L de biomasa y 5,8 g/L de PHB en cultivos a escala de matraz, con una pureza del polímero comparable a los estándares comerciales, llegando al 51,8% de PHB de peso seco celular.

A diferencia de los plásticos convencionales derivados del petróleo, el PHB es un biopolímero renovable que ayuda a cerrar parcialmente el ciclo del carbono y minimizar la acumulación de residuos persistentes en ecosistemas terrestres y marinos. Varios análisis ambientales y estudios de ciclo de vida indican que los plásticos de origen biológico, como el PHB, pueden tener una huella de carbono inferior y un menor impacto climático que muchos plásticos petroquímicos, especialmente cuando se utilizan materias primas residuales.

«Tecnologías como esta representan una oportunidad real de transformar un problema ambiental en un recurso de valor añadido, contribuyendo a una economía más circular y descarbonizada», concluye el equipo investigador.

El estudio se titula “One-step polyhydroxybutyrate production from potato starch by engineered Bacillus subtilis”. Y se ha publicado en la revista académica Bioresource Technology. (Fuente: Universitat de Barcelona)