Alquimia microbiana: es posible convertir las botellas de plástico en un analgésico esencial

Los científicos han logrado que la bacteria Escherichia coli transforme el ácido tereftálico, un componente derivado de los residuos plásticos PET, en paracetamol, uno de los analgésicos más consumidos del mundo. Por primera vez se ha integrado una reacción química sintética clásica dentro de un organismo vivo para fabricar un producto de alto valor.

Un equipo de científicos ha logrado un avance revolucionario al conseguir que la bacteria Escherichia coli realice una reacción química sintética clásica para transformar residuos plásticos en paracetamol, un analgésico y antitérmico de uso común. Este logro, publicado en la revista Nature Chemistry, no solo representa una nueva forma de producir fármacos sin depender de los combustibles fósiles, sino que también abre la puerta a una estrategia innovadora para el bio-reciclaje de plástico.

Los nanoplásticos aumentan el poder nocivo de las bacterias

El trabajo fusiona la química orgánica sintética con la biotecnología, superando la barrera que tradicionalmente ha separado las reacciones de laboratorio, a menudo en condiciones extremas, del delicado entorno de una célula viva.

El eje central de esta investigación es la reacción de Lossen, una transformación química descubierta en el siglo XIX que convierte un tipo de compuestos (los ácidos hidroxámicos) en aminas primarias, moléculas fundamentales en bioquímica. Sin embargo, esta reacción suele requerir condiciones muy duras, como altas temperaturas o entornos muy alcalinos, que son incompatibles con la vida.

El equipo de investigación, liderado por Stephen Wallace, de la Universidad de Edimburgo, se propuso el desafío de adaptar esta reacción para que funcionara dentro de una célula viva, un campo conocido como "química biocompatible". El objetivo es ampliar el repertorio de herramientas moleculares de los microorganismos para que puedan fabricar compuestos que la naturaleza no produce por sí misma.

Un catalizador inesperado

Para comprobar si la reacción de Lossen podía ocurrir dentro de E. coli sin ser tóxica, los científicos diseñaron un ingenioso experimento. Utilizaron una cepa de la bacteria modificada genéticamente para ser incapaz de producir el ácido para-aminobenzoico (PABA), una molécula esencial para su crecimiento y supervivencia.

A continuación, diseñaron la reacción de Lossen para que, si funcionaba, produjera precisamente PABA. De este modo, solo las bacterias en las que la reacción se llevara a cabo con éxito podrían sobrevivir y multiplicarse. Este método se conoce como "rescate de auxótrofos".

Inicialmente, probaron varios catalizadores metálicos que se sabe que facilitan reacciones similares. La sorpresa fue mayúscula al descubrir que la reacción funcionaba incluso sin añadir ningún catalizador externo. Tras una investigación metódica, eliminando uno a uno los componentes del medio de cultivo, identificaron al responsable: el fosfato, un ion simple y omnipresente en los sistemas biológicos. El fosfato, esencial para la vida en funciones como la construcción de membranas y el equilibrio del pH, demostró tener un nuevo papel como catalizador de una reacción química no natural dentro de la célula, un hallazgo crucial.

Del plástico a un fármaco esencial

Una vez demostrada la viabilidad de la reacción, el equipo se planteó un reto aún más ambicioso: utilizarla para un fin práctico y sostenible. El compuesto inicial para la reacción de Lossen se puede sintetizar a partir del ácido tereftálico, uno de los dos componentes principales del plástico PET (tereftalato de polietileno), material utilizado en botellas de bebidas y envases de alimentos.

El proceso se desarrolló en varias etapas clave:

1. Obtención de la materia prima: Los investigadores tomaron una botella de plástico desechada y, mediante un proceso químico, la descompusieron para obtener el sustrato necesario para la reacción de Lossen.

2. Activación del metabolismo bacteriano: Alimentaron a las bacterias E. coli (incapaces de producir PABA) con este sustrato derivado del plástico. Gracias a la reacción de Lossen catalizada por el fosfato, las bacterias produjeron el PABA que necesitaban, lo que les permitió crecer y prosperar.

3. Producción de paracetamol: En una última fase, los científicos introdujeron en las bacterias los genes de dos enzimas, una procedente de un hongo (Agaricus bisporus) y otra de una bacteria (Pseudomonas aeruginosa). Estas enzimas son capaces de convertir el PABA generado a partir del plástico en 4-aminofenol y, finalmente, en paracetamol.

El resultado fue extraordinariamente eficiente. Mediante la optimización del proceso, el equipo logró convertir hasta el 92% del sustrato derivado del plástico en paracetamol.

Implicaciones futuras

Este estudio demuestra cómo la química abiótica (no natural) puede cooperar con el metabolismo microbiano para crear rutas de síntesis completamente nuevas. Abre una vía prometedora para el "bio-reciclaje" (upcycling) de residuos plásticos, convirtiéndolos en productos químicos de alto valor, como fármacos, en lugar de depender de materias primas fósiles.

Aunque el proceso debe ser optimizado para su escalado industrial, este trabajo sienta las bases para una nueva generación de "biofábricas" microbianas. Estas podrían, en el futuro, utilizar diferentes tipos de residuos como materia prima para sintetizar de forma sostenible una amplia gama de productos químicos industriales, desde medicamentos hasta biocombustibles.