Cada any es produeixen centenars de milions de tones de plàstics d’origen petroquímic, bona part dels quals acaba en el medi ambient o bé s’incinera. Això agreuja les emissions de gasos amb efecte d’hivernacle i la crisi ambiental per contaminació de plàstics. Ara, una recerca liderada per la Universitat de Barcelona ha obtingut un bioplàstic biodegradable d’alt valor industrial —el polihidroxibutirat o PHB— a partir del midó sense processar de la patata, en un únic pas de 24 hores de durada, un avenç estratègic que pot contribuir a reduir la dependència del petroli i el volum de residus plàstics persistents.
Així, el treball estableix que el bacteri Bacillus subtilis és una plataforma robusta i de gran interès industrial per produir PHB —un biopolímer biodegradable i d’origen renovable— a partir del midó de la patata, un subproducte agrícola abundant i de baix cost econòmic.
La recerca, publicada a la revista Bioresource Technology, la lidera Pere Picart, professor de la Facultat de Farmàcia i Ciències de l’Alimentació de la UB, amb la participació destacada de Mercedes Berlanga, de la mateixa facultat i de l’Institut de Recerca de la Biodiversitat (IRBio) de la UB.
Bioplàstics biodegradables a partir de recursos renovables
En aquesta recerca, l’equip ha treballat amb el bacteri Bacillus subtilis, un microorganisme segur i àmpliament utilitzat en biotecnologia industrial per produir enzims i productes químics.
«La producció comercial de PHB requereix hostes microbians que no siguin patògens i que siguin genèticament tractables, de creixement ràpid, metabòlicament resistents i capaços d’utilitzar diverses fonts de carboni», detallen els autors.
Fins ara, el potencial del Bacillus subtilis per produir polihidroxibutirat (PHB) era força inexplorat, i encara es desconeixien les estratègies sistemàtiques d’enginyeria metabòlica per facilitar una alta acumulació de plàstic en el bacteri.
Mitjançant tècniques d’enginyeria genètica basades en CRISPR-Cas9, l’equip ha redissenyat el metabolisme de B. subtilis per millorar la producció del biopolímer. «Estudis anteriors mostraven que la capacitat del bacteri per produir PHB era limitada, amb acumulacions inferiors al 13 % del pes sec cel·lular», apunta l’equip. «Aquests baixos rendiments exigien una major optimització de l’expressió de les vies i la formació de grànuls de polímer per explotar plenament B. subtilis».
Enginyeria genètica per augmentar la producció de PHB
L’equip ha modificat genèticament B. subtilis per obtenir una plataforma microbiana grampositiva segura per a la producció eficient i sostenible de PHB a partir de midó sense processar. La integració genòmica i l’expressió constitutiva de phaA, combinada amb l’expressió controlada de l’operó phaRBC, ha permès una acumulació eficient de polímers a partir de múltiples fonts de carboni. A més, la incorporació del gen amyQ, que codifica una α-amilasa, va facilitar la conversió directa de midó de patata sense processar en PHB, en un procés d’un sol pas en 24 hores.
Amb aquesta combinació es van obtenir 11,3 g/L de biomassa i 5,8 g/L de PHB en cultius a escala de matràs, amb una puresa del polímer comparable als estàndards comercials, arribant al 51,8 % de PHB de pes sec cel·lular.
Bioplàstics més sostenibles i econòmics
A diferència dels plàstics convencionals derivats del petroli, el PHB és un biopolímer renovable que ajuda a tancar parcialment el cicle del carboni i minimitzar l’acumulació de residus persistents en ecosistemes terrestres i marins. Diverses anàlisis ambientals i estudis de cicle de vida indiquen que els bioplàstics d’origen biològic, com el PHB, poden tenir una petjada de carboni inferior i un impacte climàtic més baix que molts plàstics petroquímics, especialment quan s’utilitzen matèries primeres residuals.
«Tecnologies com aquesta representen una oportunitat real de transformar un problema ambiental en un recurs de valor afegit, i contribueixen a una economia més circular i descarbonitzada», conclou l’equip investigador.