Cada año se producen cientos de millones de toneladas de plásticos de origen petroquímico, buena parte de los cuales termina en el medioambiente o se incinera. Esto agrava las emisiones de gases de efecto invernadero y la crisis ambiental por contaminación de plásticos. Ahora, una investigación liderada por la Universidad de Barcelona ha obtenido un bioplástico biodegradable de alto valor industrial —el polihidroxibutirado o PHB— a partir del almidón sin procesar de la patata, en un único paso de 24 horas, un avance estratégico que puede contribuir a reducir la dependencia del petróleo y el volumen de residuos plásticos persistentes.
Así, el trabajo establece que la bacteria Bacillus subtilis es una plataforma robusta y de gran interés industrial para producir PHB —un biopolímero biodegradable y de origen renovable— a partir del almidón de la patata, un subproducto agrícola abundante y de bajo coste económico.
La investigación, publicada en la revista Bioresource Technology, la lidera Pere Picart, profesor de la Facultad de Farmacia y Ciencias de la Alimentación de la UB, con la participación destacada de Mercedes Berlanga, de la misma facultad y del Instituto de Investigación de la Biodiversidad (IRBio) de la UB.
Bioplásticos biodegradables a partir de recursos renovables
En esta investigación, el equipo ha trabajado con la bacteria Bacillus subtilis, un microorganismo seguro y ampliamente utilizado en biotecnología industrial para producir enzimas y productos químicos.
«La producción comercial de PHB requiere huéspedes microbianos que no sean patógenos y que sean genéticamente tratables, de crecimiento rápido, metabólicamente resistentes y capaces de utilizar diversas fuentes de carbono», detallan los autores.
Hasta ahora, el potencial del Bacillus subtilis para producir polihidroxibutirato (PHB) estaba bastante inexplorado, y todavía se desconocían las estrategias sistemáticas de ingeniería metabólica para facilitar una alta acumulación de plástico en la bacteria.
Mediante técnicas de ingeniería genética basadas en CRISPR-Cas9, el equipo ha rediseñado el metabolismo de B. subtilis para mejorar la producción del biopolímero. «Estudios anteriores mostraban que la capacidad de la bacteria para producir PHB era limitada, con acumulaciones inferiores al 13 % del peso seco celular», apunta el equipo.
Estos bajos rendimientos exigían una mayor optimización de la expresión de las vías y la formación de gránulos de polímero para explotar plenamente B. subtilis».
Ingeniería genética para aumentar la producción de PHB
El equipo ha modificado genéticamente B. subtilis para obtener una plataforma microbiana grampositiva segura para la producción eficiente y sostenible de PHB a partir de almidón sin procesar. La integración genómica y la expresión constitutiva de phaA, combinada con la expresión controlada del operón phaRBC, ha permitido una acumulación eficiente de polímeros a partir de múltiples fuentes de carbono. Además, la incorporación del gen amyQ, que codifica una α-amilasa, facilitó la conversión directa de almidón de patata sin procesar en PHB, en un proceso de un solo paso en 24 horas.
Con esta combinación se obtuvieron 11,3 g/L de biomasa y 5,8 g/L de PHB en cultivos a escala de matraz, con una pureza del polímero comparable a los estándares comerciales, llegando al 51,8 % de PHB de peso seco celular.
Bioplásticos más sostenibles y económicos
A diferencia de los plásticos convencionales derivados del petróleo, el PHB es un biopolímero renovable que ayuda a cerrar parcialmente el ciclo del carbono y minimizar la acumulación de residuos persistentes en ecosistemas terrestres y marinos. Varios análisis ambientales y estudios de ciclo de vida indican que los bioplásticos de origen biológico, como el PHB, pueden tener una huella de carbono inferior y un menor impacto climático que muchos plásticos petroquímicos, especialmente cuando se utilizan materias primas residuales.
«Tecnologías como esta representan una oportunidad real de transformar un problema ambiental en un recurso de valor añadido, contribuyendo a una economía más circular y descarbonizada», concluye el equipo investigador.