Biodegradar el plástico
Ciencia

Biodegradar el plástico

Los PHA y la última esperanza ambiental

En el mundo, cada año se producen más de 300 millones de toneladas de plásticos y el 90 por ciento de ellos son derivados del petróleo. Una parte importante se refiere a envases de botellas de bebidas, pero sólo cerca de un 15 por ciento se recupera y se recicla a escala global, según perora el informe La nueva economía del plástico de 2016.

La mayoría de estos compuestos se degrada de forma muy lenta y suponen una amenaza importante para el medio ambiente, especialmente en los océanos. En las regiones costeras se genera una cantidad de basura plástica de casi 100 millones de toneladas, de las cuales 32 millones no son gestionados apropiadamente y una media de ocho millones de toneladas termina flotando cada año en los océanos de todo el mundo. Estos residuos se hunden, se acumulan en los sedimentos o se incorporan a la cadena alimenticia marina.

BACTERIAS Y PLÁSTICOS

Maurice Lemoigne descubrió en 1926 que la bacteria bacillus megaterium produce PHA (polihidroxialcanoatos) denominado polihidroxibutirato (PHB). Este es un polímero empleado en la industria de los alimentos, productos farmacéuticos, cosméticos y envases.

Desde entonces, se han reportado más de 300 bacterias capaces de producir el compuesto. Estas generan los PHA a partir de sustratos orgánicos (carbohidratos, aceites, alcoholes, ácidos orgánicos, hidrocarburos, etcétera), y los acumulan en grandes cantidades dentro de la célula bacteriana en forma de gránulos, llegando a constituir hasta el 90 por ciento de su biomasa.

Las bacterias productoras usan los PHA como material de reserva que puede ser utilizado posteriormente, bajo condiciones de limitación de nutrientes, para mantener su metabolismo.

Células de bacillus megaterium. Foto: Elisardojm/Wikipedia

La cantidad de polímero producido y acumulado depende de la especie de bacteria y de las condiciones en las que se cultiva. Los PHA se acumulan de manera un tanto similar a las grasas de reserva en los animales, bajo ciertas condiciones nutricionales.

En general, condiciones de desbalance de nutrimentos en el caldo o medio usado para cultivar a la bacteria favorecen una alta producción. Para producir PHA es favorable una concentración alta de fuente de carbono (que la bacteria utilizará como materia prima para sintetizarlo).

Además, existe una limitación para el crecimiento, como niveles de oxígeno bajos o escasez de otros nutrientes. Es decir, cuando se da de comer en exceso y en forma desbalanceada a la bacteria, ésta, en vez de multiplicarse, 'engorda' produciendo PHA de reserva.

APLICACIONES

Se han encontrado aplicaciones diversas para los PHA a partir de que el Biopol (otro plástico biodegradable) se comercializó en 1982. Éste fue usado para la fabricación de botellas, fibras, rastrillos desechables y varios empaques de alimentos, de aceite para motores, de champú y cosméticos, cuyo principal atractivo es el de 'ser ambientalmente más amigables'.

La mayor parte de las investigaciones sobre los PHA se ha hecho con la intención de introducirlos en el mercado de los plásticos industriales de gran demanda. Sin embargo, además de ser biodegradables y renovables, tienen características adicionales que también los hacen interesantes.

Los PHA no causan efectos tóxicos, son biocompatibles. Esto permite utilizarlos en la producción de materiales para aplicaciones médicas como en la generación de implantes que con el tiempo pueden ser eliminados del cuerpo espontáneamente por degradación, implantes con fármacos encapsulados para su liberación controlada, o bien en la obtención de telas hechas con fibras de para el tratamiento de heridas.

Adicionalmente se han investigado aplicaciones de los PHA en un área nueva de la medicina: la ingeniería de tejidos. La idea es generar tejidos en cultivos sumergidos de células troncales que crecerán sobre estructuras de PHA preformadas, las cuales funcionarán como 'moldes' al ser recubiertos con factores de crecimiento y morfógenos.

En la agricultura también pueden tener aplicaciones. Hay dispositivos en los que la degradación natural de los PHA permite la liberación de compuestos químicos de manera dosificada, para aplicación de fertilizantes, fungicidas, herbicidas, etcétera.

La empresa Ooho! creó un contenedor de agua comestible hecho con biopolímeros obtenidos de algas. Foto: Katherine Fawssett

BIODEGRADACIÓN

Una diferencia importante entre los plásticos obtenidos a partir de polímeros naturales y los de origen sintético es su degradabilidad.

Los naturales, debido a que son producidos por seres vivos mediante reacciones enzimáticas, son susceptibles de degradación por sistemas biológicos, ya que han estado presentes en el ambiente desde hace mucho tiempo, y así como han evolucionado organismos capaces de producirlos, también lo han hecho organismos con capacidad de aprovecharlos degradándolos para obtener energía y nutrientes.

De hecho, las mismas bacterias que los producen como reserva de alimento, deben ser capaces de degradarlos eventualmente para utilizarlos, o la capacidad de sintetizarlos como material de reserva no hubiera evolucionado. Los PHA son completamente degradables, produciendo en este proceso agua y bióxido de carbono (se puede producir metano bajo ciertas condiciones), sin dejar residuos indeseables.

Las especies de microorganismos capaces de descomponer estos plásticos, además de diversas, son abundantes en número en los ambientes donde se encuentran. Por ejemplo, algunas estimaciones típicas de la cantidad de bacterias comedoras de PHA presentes en una muestra de suelo de jardín, están en el rango de 300 mil a 500 mil por gramo de suelo.

Además, estos organismos se han encontrado en ambientes como suelos, compostas, lagos, ambientes marinos, lodos de plantas de tratamiento de aguas residuales, etcétera.

DESVENTAJAS

Aunque ya están siendo producidos industrialmente, uno de los problemas para el desarrollo de los polímeros biodegradables naturales como sustitutos de los plásticos convencionales, es que los plásticos derivados del petróleo son muy baratos, lo que hace que los procesos de producción de los biodegradables no sean competitivos desde un punto de vista meramente económico.

Para la producción de PHA se requieren grandes inversiones para procesos de fermentación, recuperación o purificación del producto a gran escala, y los sustratos o fuentes de nutrientes para que las bacterias los produzcan no son suficientemente baratos.

Esto ha limitado el uso más amplio de los nuevos plásticos, al menos por el momento.

Lo anterior ha impulsado el estudio de métodos que permitan abaratar los costos de producción de los PHA. Dentro de éstos se encuentran la modificación genética de cepas bacterianas, el mejoramiento de la tecnología de fermentación, la separación del producto, la utilización de materias primas más baratas y la obtención de plantas transgénicas que sintetizan PHA.

Los biopolímeros son la alternativa a los plásticos derivados del petróleo, que causan grandes problemas medioambientales. Este descubrimiento abre una vía sostenible para la fabricación de material plástico para embalajes, suplementos alimentarios y también para encapsular fármacos y mejorar la efectividad sin dañar el medio ambiente.

La Organización de Consumidores y Usuarios estima que el 68 por ciento de los alimentos que provienen del mar están contaminados con plástico debido al alto nivel de desechos en los océanos. Foto: Archivo Siglo Nuevo

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