MICROORGANISMOS QUE PUEDEN DEGRADAR PLÁSTICOS DE POLIURETANO

Hace cinco años, los productos plásticos de poliuretano comprendían cerca de 3,5 millones de toneladas de todos los plásticos producidos en Europa. En la actualidad, este tipo de plástico sigue siendo usado en la fabricación de diversos productos que aprovechan su ligereza y sus propiedades aislantes y flexibles, desde refrigeradores y edificios hasta zapatos y muebles.  

Desafortunadamente, el poliuretano es difícil de reciclar o destruir dado que la mayoría de estos tipos de plásticos son polímeros termoendurecibles; es decir, no se derriten cuando se calientan. La mayoría de sus residuos terminan en vertederos  donde liberan químicos tóxicos al ambiente, algunos de los cuales son carcinogénicos.

El uso de microorganismos para degradar plásticos en un área de investigación en curso; sin embargo, pocos estudios se han focalizado en la biodegradación de poliuretanos. Ahora, un grupo de investigadores alemanes han identificado y caracterizado a una cepa bacteriana capaz de degradar algunos de los bloques químicos del poliuretano. Las bacterias pueden usar estos compuestos como la única fuente de carbono, nitrógeno y energía. Para los investigadores, esto descubrimiento representa un paso importante para la reutilización de productos a base de poliuretano.
La investigación es parte del programa científico P4SB ( Plastic waste to Plastic value using Pseudomonas putida Synthetic Biology), el cual esta intentando encontrar microorganismos útiles que puedan bioconvertir plásticos derivados del petróleo en plásticos totalmente biodegradables, y como su nombre lo indica, se ha enfocado principalmente en la Pseudomonas putida; por otro lado, aparte del poliuretano, el programa también esta probando la eficacia de los microorganismos para degradar plástico hecho de tereftalato de polietileno (PET), el cual es ampliamente usado en botellas plásticas.

Primero que todo, el equipo alemán se las ingenió para aislar una bacteria, la Pseudomonas sp. TDA1, de un sitio rico en residuos plásticos que muestra ser prometedora en atacar algunos de los enlaces químicos que conforman los plásticos de poliuretano.
Luego los investigadores realizaron un análisis genómico de la bacteria para identificar rutas bioquímicas de degradación. Ellos hicieron descubrimientos preliminares acerca de los factores que ayudan al microorganismo a metabolizar ciertos compuestos químicos en el plástico para la obtención de energía ademas de otros análisis y experimentos para entender las capacidades de la bacteria.
Esta cepa en particular es parte de un grupo de bacterias que se destacan por su tolerancia a compuestos orgánicos tóxicos y otras formas de estrés, muy característico de los microorganismos extremófilos al cual no pertenece.
El Dr. Hermann J. Heipieper, parte del equipo, indica que el primer paso de cualquier futura investigación en Pseudomonas sp. TDA1 será identificar los genes que codifican enzimas extracelulares capaces de degradar ciertos compuestos químicos en los poliuretanos basados en poliesteres. Las enzimas extracelulares, también llamadas exoenzimas, son proteínas secretadas al exterior de la célula y que causan la reacción bioquímica. 
Sin embargo, no hay un plan inmediato para emplear estas u otras enzimas en técnicas de biología sintética para la producción de bioplásticos, lo cual podria involucrar, por ejemplo, convertir genéticamente la bacteria en minifábricas capaces de transformar compuestos químicos derivados del petroleo en compuestos biodegradables amigables con el medio ambiente, desde aquí esperamos que esta idea sea abordada a la brevedad para combatir los problemas ambientales que nos aquejan en la actualidad.

AUMENTAN LA PRODUCCIÓN DE COMPUESTOS VALIOSOS EN CIANOBACTERIAS MEDIANTE LA MANIPULACIÓN GENÉTICA DE SU RELOJ BIOLÓGICO

Engañar el reloj biológico de las algas a permanecer en su franja temporal diurna puede aumentar dramáticamente la cantidad de compuestos valiosos que estas plantas marinas pueden producir cuando se cultivan bajo luz constante.

Esa es la conclusión de un experimento que encontró que cuando se detenían los relojes biológicos de las cianobacterias en su franja temporal diurna, la cantidad producida de varias biomoléculas aumentó hasta en un 700 por ciento en cultivo bajo luz constante.

Carl Johnson, profesor de Ciencias Biológicas en la Universidad de Vanderbilt ,afirma que mediante la manipulación de los genes del reloj biológico de cianobacterias se puede aumentar la producción de biomoléculas de gran valor comercial. En los últimos 10 años, él y sus colaboradores han descubierto la manera de detener los relojes circadianos en la mayoría de las especies de algas y en muchas plantas superiores, por lo que la técnica debe ser de aplicación general.

Parar el reloj biológico podría tener importantes beneficios económicos: Las microalgas se utilizan para una amplia variedad de aplicaciones comerciales que van desde medicamentos contra el cáncer a los cosméticos, bioplásticos, biocombustibles y nutracéuticos. Además, las empresas de biotecnología están actualmente irrumpiendo en establecer biofábricas que utilizan microorganismos para crear una amplia variedad de sustancias que son demasiado difíciles o costosas de sintetizar utilizando métodos químicos convencionales. Muchos de ellos se basan en los microorganismos con relojes biológicos.

En 2004, Johnson fue miembro del equipo que determinó la estructura molecular de una proteína del reloj circadiano por primera vez. El trabajo subsecuente determinó el mecanismo entero del reloj biológico en las cianobacterias, el más simple en la naturaleza. Los investigadores descubrieron que el reloj se componía de tres proteínas: KaiA, KaiB y KaiC. El conocimiento detallado de la estructura del reloj biológico les permitió determinar cómo encender y apagar el reloj. 

En este ultimo estudio, los investigadores descubrieron que dos componentes del reloj, KaiA y KaiC, actúan como interruptores que encienden y apagan los genes diurnos y nocturnos de la célula. Han llamado a esta regulación como "yin-yang ". Cuando KaiA se produce en grandes cantidades y KaiC en cantidades más pequeñas, el 95% de los genes de la célula que son activos durante el día están encendidos , y el 5% de los genes de la célula que funcionan durante la noche están desactivados. Sin embargo, cuando KaiC es aumentada y KaiA disminuida, entonces los genes diurnos se apagan y los genes nocturnos se encienden.

Como resultado de ello, el profesor Johnson piensa que todo lo que se tiene que hacer para bloquear el reloj biológico en su franja temporal diurna es regular genéticamente la expresión del gen KaiA, que es una simple manipulación genética en las cianobacterias.

Para ver qué efectos tiene esta capacidad en la habilidad de las bacterias para producir compuestos comercialmente importantes, los investigadores insertaron un gen de la insulina humana en algunas de las células de cianobacterias, un gen para una proteína fluorescente (luciferasa) en otras células y un gen para la hidrogenasa, una enzima que produce gas de hidrógeno, en otras. Ellos encontraron que las células con los relojes bloqueados producian 200% más de hidrogenasa, 500% más insulina y 700% más de luciferasa cuando se las cultivó bajo luz constante que cuando los genes se insertaron en las células con los relojes biologicos que funcionaban normalmente.

HALLAN CEPA BACTERIANA PRODUCTORA DE BIOPLÁSTICO

En la búsqueda de polímeros naturales que sustituyan a los plásticos derivados del petróleo, los científicos acaban de descubrir que un microorganismo de Sudamérica produce poli-beta-hidroxibutirato (PHB), un compuesto biodegradable de interés en las industrias alimentaria, farmacéutica, cosmética y del embalaje. Este hallazgo contribuiría notablemente a la sostenibilidad del planeta.

La protagonista es la bacteria Bacillus megaterium uyuni S29, una cepa que produce la mayor cantidad de polímero del género, la cual se ha localizado en los ojos de agua del famoso salar de Uyuni, en Bolivia. Esta cepa es considerada la mayor productora de bioplásticos que podría revolucionar los nuevos avances e investigaciones de biotecnología ambiental.

Debido a la alta concentración de sal, el salar de Uyuni situado a unos 3650msnm presenta ambientes muy extremos que favorecen la acumulación intracelular de PHB, un material de reserva que la bacteria utiliza en épocas de escasez de nutrientes.

Científicos de la  Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) y de la Universidad Tecnológica de Graz (Austria) consiguieron que el bacilo produzca en el laboratorio cantidades significativas del compuesto en condiciones de cultivo similares a las de la industria. La técnica se publica en las revistas "Food Technology & Biotechnology" y "Journal of Applied Microbiology".

Según la doctora Marisol Marqués de la UPC, el biopolímero resultante tiene propiedades térmicas diferentes a los PHB convencionales, lo que hace que se pueda procesar de una forma más fácil, independientemente de su aplicación.

La investigadora reconoce que los costes de producción de los biopolímeros son, en general, todavía elevados y no competitivos si se comparan con los polímeros convencionales, aunque se está avanzando en este sentido.

El equipo consiguió, por primera vez, reducir el elevado peso molecular del PHB mediante enzimas lipasas, así como utilizar el biopolímero para formar nano y microesferas cargadas con antibiótico para poder controlar su difusión por el organismo.