La contaminación por plásticos es uno de los problemas ambientales más graves a nivel global, afectando la vida silvestre, los océanos y la salud humana. A pesar de la creciente conciencia sobre sus consecuencias, el plástico derivado del petróleo sigue siendo una parte integral de la vida cotidiana, y su uso no hace más que aumentar. De todo el plástico producido a lo largo de la historia, un 56% se ha fabricado en los últimos 20 años, y actualmente menos del 10% se recicla. Las proyecciones indican que la producción de plástico continuará creciendo de manera exponencial, alcanzando casi 1.500 millones de toneladas en 2050.
Frente a este desafío, el equipo de la investigadora Camila Orellana ha identificado una posible solución en el bioplástico. En particular, su investigación se centra en la capacidad de la bacteria Halomonas campaniensis para producir poliéster microbiano (PHB), un material que comparte propiedades con plásticos convencionales, como el polietileno (PE) y el polipropileno (PP), pero que se descompone de manera natural por microorganismos presentes en el suelo, evitando así su acumulación en el medioambiente.
Imagen de Halomonas sp. mostrando gránulos intracelulares de PHB. Fuente: Tanaka et al. (2022), Polymers, 14(15), 3063. Licencia CC BY 4.0.
Un desafío clave: Reducir costos
El principal problema en la producción de bioplásticos son los altos costos de producción asociados, siendo para PHB tres a cuatro veces más altos que la producción de plásticos tradicionales. La bacteria Halomonas campaniensis posee varias características que la hacen especialmente atractiva para el estudio: requiere pocos nutrientes, puede utilizar diversos sustratos como fuente de carbono, es capaz de crecer en cultivos abiertos en agua salada sin contaminarse, y puede producir hasta un 70% de su peso seco en PHB. Estas características permiten disminuir el costo de producción de PHB, pero aún no es suficiente. Por esta razón, Camila Orellana y su equipo, en colaboración con el profesor Pedro Saa, se propusieron aumentar la producción de PHB en estas bacterias para hacer más competitivo este bioplástico.
HaloGEM: Un modelo para optimizar la producción
En términos generales, su estrategia comienza con la lectura del genoma de la bacteria, es decir, la identificación de todos los genes que componen su ADN. Esta información permite saber qué enzimas y proteínas puede producir la bacteria, lo cual es clave porque son esas enzimas las que permiten realizar distintas reacciones químicas dentro de la célula. A partir de esta información genética, el equipo construyó un modelo computacional llamado HaloGEM (Halomonas Genome-scale Metabolic model), que representa en detalle todas las rutas metabólicas posibles que la bacteria puede utilizar.
Estas rutas metabólicas son como mapas de transformación: indican cómo la bacteria convierte los nutrientes que consume (como glucosa o aminoácidos) en energía, biomasa y compuestos útiles, como el PHB. Con HaloGEM, los investigadores pueden simular digitalmente distintas condiciones de cultivo o realizar “experimentos virtuales” para predecir qué combinaciones de nutrientes o modificaciones genéticas permitirían a la bacteria crecer más o producir más bioplástico. Es una forma de guiar los experimentos reales en el laboratorio con base en predicciones fundamentadas en la biología de la propia bacteria.
El esquema representativo del funcionamiento de HaloGEM. A partir del genoma de Halomonas campaniensis, este modelo computacional permite reconstruir sus rutas metabólicas y simular cómo se comportan bajo distintas condiciones. De esta forma, HaloGEM puede predecir cuáles son las rutas más eficientes para aumentar la producción del bioplástico PHB, ayudando a diseñar medios de cultivo óptimos o posibles modificaciones genéticas para mejorar el rendimiento.
En el laboratorio, los investigadores probaron las predicciones de HaloGEM modificando el medio de cultivo. Partiendo de un medio inicial, evaluaron seis nuevos medios diseñados según las rutas metabólicas más prometedoras identificadas por el modelo. Los resultados fueron impresionantes: el medio óptimo, que incluía glutamato y arginina (fuentes de nitrógeno), glucosa (fuente de carbono), vitaminas y sales, incrementó la biomasa bacteriana en un 54% y la producción de PHB en un 153% en comparación con el control. Además, HaloGEM identificó genes específicos cuya modificación genética podría aumentar aún más la producción.
Departamento de Ingeniería Química y Bioprocesos
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Instituto de Ingeniería Matemática y Computacional
Los resultados de este estudio representan un avance importante en el camino hacia una producción más eficiente de bioplásticos. Aun así, el trabajo del equipo continúa. El siguiente paso es seguir reduciendo los costos mediante el uso de recursos más accesibles y sostenibles, como desechos agroindustriales en lugar de glucosa, agua de mar como disolvente, y modificaciones genéticas específicas sugeridas por el modelo HaloGEM. Estos esfuerzos podrían facilitar que el PHB se convierta en una opción más competitiva para fabricar productos de uso diario, como bolsas, botellas o envases, que se degradan naturalmente en el ambiente.
Imaginar un futuro donde los plásticos no representen una amenaza ambiental, sino una parte de la solución, sigue siendo un horizonte posible. El trabajo de Camila Orellana y su equipo aporta una contribución valiosa en esa dirección, mostrando cómo el conocimiento científico puede abrir nuevas alternativas para enfrentar desafíos urgentes. Aunque aún quedan pasos por recorrer, esta investigación plantea una invitación a repensar los materiales que usamos y su impacto en el planeta. Quizás, en ese proceso, las bacterias puedan desempeñar un rol inesperado en la transición hacia una producción más circular y sostenible.
Hacia una futuro más verde
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