Pequeños trabajadores y grandes hazañas en la lucha contra la contaminación por plásticos

Amador Campos-Valdez y Leticia Casas-Godoy

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Imagina un futuro en donde millones de trabajadores microscópicos trabajan sin descanso para eliminar el problema ambiental de la contaminación plástica. Tal vez te parezca ciencia ficción, pero gracias a la biotecnología este escenario está cada vez más cerca. Nos referimos particularmente a las investigaciones sobre aplicación de un grupo de aliados microscópicos que son capaces de degradar los polímeros constituyentes de los plásticos: los microorganismos y las enzimas.

¿Cómo llegamos a necesitar microbios y enzimas para combatir el plástico?

Desde su invención a principios del siglo XX, los plásticos han cambiado nuestras vidas de manera asombrosa. Su versatilidad, durabilidad y bajo costo los han convertido en protagonistas de una gran cantidad de productos y aplicaciones. Sin embargo, estos también son los causantes de una grave problemática de contaminación global [1]. Cada año, millones de toneladas de plásticos son desechados y terminan causando importantes daños a los ecosistemas y a la vida silvestre.

La persistencia de estos materiales, que pueden tardar siglos en degradarse, ha llevado a la búsqueda de soluciones que mitiguen su impacto. En este contexto, la biotecnología ha buscado desde hace décadas agentes biológicos capaces de degradar plásticos. En concreto, se ha enfocado en identificar, caracterizar y mejorar tanto microorganismos como las enzimas que producen, los cuales se han adaptado para ser capaces de degradar plásticos.

Aliados microscópicos en la degradación de plásticos

Los científicos han descubierto la existencia de microorganismos capaces de degradar plásticos, los cuales, a modo de analogía, son un ejército de obreros microscópicos que trabajan para lograr descomponer los plásticos en componentes menos dañinos.

Uno de los avances más importantes en este campo ha sido el descubrimiento de la bacteria Ideonella sakaiensis, la cual es capaz de descomponer el tereftalato de polietileno (PET), un tipo de plástico muy utilizado en botellas de bebidas y otros envases [2]. Esta bacteria produce dos enzimas que trabajan en equipo para descomponer el PET en sustancias que puede utilizar como fuente de alimento.

Otro ejemplo notable es el descubrimiento del hongo Aspergillus tubingensis, el cual ha demostrado ser capaz de degradar plásticos como el poliuretano, un material utilizado ampliamente en la producción de espumas, adhesivos y recubrimientos [4].

Enzimas al rescate: la revolución molecular contra la contaminación plástica

Mientras algunos científicos exploran el potencial de los microorganismos en la lucha contra la contaminación plástica, otros se centran en sus enzimas, que son las moléculas responsables de realizar la “magia” biológica de la degradación. Piensa en las enzimas como pequeños dispositivos que aceleran y facilitan las reacciones químicas que descomponen los plásticos.

Un avance emocionante en este campo es el uso de bioinformática para el mejoramiento de la PETasa de I. sakaiensis, que es capaz de descomponer el PET en sus componentes básicos. Entre estas variantes, una diseñada con múltiples modificaciones demostró ser más resistente al calor. Esto le permitió degradar PET con una eficacia 300 veces mayor en comparación con la enzima original además de permitir la completa biodegradación de 2 g/L de micro plásticos [5].

Otra notable innovación ha sido el uso conjunto de las enzimas MHETasa y PETasa para acelerar la degradación del PET. Descubierta en un vertedero de plásticos, la MHETasa, al combinarse con la PETasa, puede hasta duplicar la eficiencia del proceso. Este enfoque sinérgico no solo mejora significativamente la rapidez de descomposición, sino que también destaca el potencial de métodos de reciclaje avanzados y eficaces para enfrentar la contaminación plástica [6].

Desafíos que enfrentan nuestros pequeños aliados en la lucha contra el plástico

A pesar de que se han logrado emocionantes avances en el tema de biodegradación de plásticos, aún enfrentamos desafíos que deben ser superados. Uno de estos es la diversidad de tipos de plásticos existentes. Con cientos de variantes en uso, encontrar y aplicar microorganismos y enzimas que puedan atacar a cada tipo de plástico es una tarea complicada.

Por otra parte, imagina intentar apagar un incendio forestal con un vaso de agua: aunque el agua pueda apagar algunas llamas, el avance del fuego es mucho más rápido de lo que el agua puede controlar. Esto mismo pasa con la velocidad de degradación de plásticos al usar métodos microbianos y enzimáticos, ya que en muchos casos estos degradan los plásticos muy lentamente, lo que dificulta su aplicación a gran escala.

Otro factor para considerar son las condiciones ambientales en las que los microorganismos y las enzimas pueden funcionar. En muchas ocasiones estos sólo trabajan en condiciones específicas de temperatura, pH y concentración de sustrato, lo que puede dificultar su aplicación en entornos reales y variados, como vertederos o zonas oceánicas.

Finalmente, la producción y purificación de este tipo de enzimas a gran escala es un desafío económico y técnico. Para que los métodos enzimáticos sean viables a nivel industrial, es necesario desarrollar procesos de producción rentables y sostenibles, que permitan obtener grandes cantidades de enzimas de alta calidad y a bajo costo.

Un futuro brillante en la guerra contra el plástico

Los beneficios potenciales de la investigación y aplicación de métodos biotecnológicos en la degradación de plásticos son inmensos. No obstante, aún enfrentamos grandes retos, como la diversidad de plásticos, las eficiencias de degradación, las condiciones ambientales y la producción a gran escala. Debido a esto es imperativo seguir invirtiendo recursos en esta área de investigación, pues el resultado final podría ser un legado invaluable para las generaciones futuras y el medio ambiente que compartimos.

Es esencial reconocer que, junto a las prometedoras innovaciones en la biodegradación, debemos adoptar un enfoque integral. Este incluye avances tecnológicos, la promoción de plásticos biodegradables y alternativas sostenibles, optimización de procesos de reciclaje, y la adopción cambios culturales y políticas públicas enfocados a disminuir nuestra dependencia del plástico. La combinación de estas estrategias nos acerca a una solución duradera para preservar la salud de nuestro planeta y asegurar el bienestar de las generaciones futuras.

REFERENCIAS

1. Segura D., Noguez R., Espín G. (2007). Contaminación ambiental y bacterias productoras de plásticos biodegradables. Biotecnología 14:361–71. En: https://www.researchgate.net/publication/242144167Contaminacionambientalybacteriasproductorasdeplasticosbiodegradables
2. Yoshida S., Hiraga K., Takehana T. et al. (2016). A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate). Science 351:1196–9. DOI: 10.1126/science.aad6359
3. Bornscheuer UT. (2016). Feeding on plastic. Science (80- )351:1154–5. DOI: 10.1126/science.aaf2853
4. Khan S., Nadir S, Shah Z.U. et al. (2017). Biodegradation of polyester polyurethane by Aspergillus tubingensis. Environ Pollut 225:469–80. DOI: 10.1016/j.envpol.2017.03.012
5. Cui, Y., Chen, Y., Liu, X., Dong, S., Tian, Y., Qiao, Y., Mitra, R., Han, J., Li, C., Han, X., Liu, W., Chen, Q., Wei, W., Wang, X., Du, W., Tang, S., Xiang, H., Liu, H., Liang, Y., . . . Wu, B. (2021). Computational Redesign of a PETase for plastic biodegradation under ambient condition by the GRAPE strategy. ACS Catalysis, 11(3), 1340-1350. DOI: 10.1021/acscatal.0c05126
6. Tenchov, R. (2021, 15 marzo). ¿Pueden las superenzimas devoradoras de plástico resolver nuestro problema con la capacidad destructiva de los plásticos? CAS. En: https://www.cas.org/es-es/resources/cas-insights/sustainability/can-plastic-eating-super-enzymes-solve-our-destructive.

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