Desarrollan bacterias que comen plástico y lo convierten en seda para ropa, cosméticos y medicinas

Los residuos plásticos son un problema, pero al mismo tiempo pueden convertirse en una oportunidad para transformarse en materia prima de usos útiles a la sociedad. Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer (RPI), de Estados Unidos, han desarrollado una cepa de bacteria que puede convertir los desechos plásticos en una seda biodegradable con múltiples usos.

El estudio con los resultados, publicado en Microbial Cell Factories, supone la primera vez que un grupo de científicos logra desarrollar bacterias para transformar el plástico de polietileno, utilizado en muchos artículos de un solo uso, en un producto proteico de alto valor.

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

"Las telarañas son el Kevlar de la naturaleza", afirmó Helen Zha, profesora de ingeniería química y biológica y una de los investigadores del RPI que lidera el proyecto. "Puede ser casi tan fuerte como el acero. 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 en el que crear recursos renovables y evitar la contaminación plástica persistente serán objetivos prioritrios, 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 culpable de la contaminación plástica a nivel mundial y puede tardar más de 1.000 años en degradarse de forma natural.

Además, sólo se recicla una pequeña porción de todo el plástico de polietileno que se fabrica en el mundo, por lo que las bacterias utilizadas en el estudio podrían ayudar a "reciclar" estos residuos.

La bacteria utilizada puede comer polietileno de forma natural, pero estudiaron cómo hacer para que convirtiera los átomos de carbono del polietileno en una proteína de seda codificada genéticamente

La Pseudomonas aeruginosa, que así se llama la bacteria utilizada en el estudio, puede consumir polietileno de forma natural como fuente de alimento. El equipo de RPI estudió cómo ‘diseñar’ esta bacteria de modo que convirtiera los átomos de carbono del polietileno en una proteína de seda codificada genéticamente.

Sorprendentemente, descubrieron que las bacterias que desarrollaron en el laboratorio 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.

Así se transforma el plástico

En realidad, el proceso biológico que subyace tras esta innovación es algo que la sociedad viene empleando desde hace 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 la industria bioquímica se utiliza para producir antibióticos, aminoácidos y ácidos orgánicos", explicaron los autores del descubrimiento.

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

En el estudio, Zha y Matteos Koffas, otro de los autores, 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, podía potencialmente ser hilada o transformada en otras formas útiles.

Un proceso innovador

"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", añadió Helen 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. Ahora queremos investigar si modificando las bacterias u otros aspectos del proceso nos permite aumentar la producción", dijo Koffas.

Estudio de referencia: DOI: 10.1186/s12934-023-02220-0