Contaminación plástica: La biotecnología al rescate

En menos de un siglo de fabricación, los plásticos se han convertido en materiales esenciales para la sociedad moderna, impulsados por su increíble versatilidad junto con los bajos costes de producción. Sin embargo, en los últimos años, estos materiales se han identificado como un contaminante generalizado y recalcitrante, especialmente en entornos acuáticos.

Según el Programa de la Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), alrededor de 15 millones de toneladas de plásticos se filtran a los océanos anualmente. Aunque este problema sigue sin resolverse, una solución definitiva podría estar cerca. La razón: alternativas naturales de biodegradación de plásticos convencionales, provenientes de microorganismos como bacterias y hongos, han evolucionado y pueden mejorar con ingeniería.

Un estudio realizado en el año 2019 por investigadores de la Universidad de Warwick mostró que el polietileno (PE), ampliamente utilizado en las bolsas de supermercado y empaques, es el tipo de plástico que más contamina ambientes acuáticos, con una abundancia relativa del 23 %. El segundo lugar lo ocupó el grupo de polímeros conformado por poliéster, poliamidas y acrílicos, donde el Polietileno Tereftalato (PET), famoso por las botellas PET, es el principal representante, con un 20%.

Las principales limitaciones en términos ambientales de los plásticos derivados del petróleo, como el PE y el PET, es que se fragmentan bajo el efecto de factores abióticos (radiación UV, temperatura y estrés físico) en el tiempo, y no pueden ser completamente descompuestos y asimilados por los microorganismos en un proceso de biodegradación.

Como resultado, los grandes artículos de plástico, que se degradan lentamente, generan partículas microplásticas que pueden extenderse grandes distancias, por la circulación de la capa superficial del océano impulsada por el viento. Por ende, incluso lugares situados lejos de las fuentes de contaminación se ven afectadas por los residuos plásticos.

Una de las problemáticas más conocidas es la influencia de los plásticos en la fauna marina, donde se conocen casos de asfixia e interrupción de la digestión en aves, peces, mamíferos y tortugas. Se estima que alrededor de 1.506 especies marinas están siendo afectadas.

Alternativas biobasadas

En respuesta a la acumulación de plásticos en la biosfera, investigadores han trabajado en el hallazgo e ingeniería de especies, como bacterias y hongos, capaces de biodegradar, al menos parcialmente, los plásticos artificiales más abundantes y preocupantes en ambientes acuáticos: PE y PET.

Desde principios de la década de los setenta, investigadores han trabajado enel hallazgo de ciertas cepas de bacterias (como Asteroides Nocardia) y hongos (como Penicillium simplicissimum) capaces de biodegradar el PE. Sin embargo, se ha demostrado que este proceso suele ser ineficiente, especialmente porque la degradación de microplásticos puede llevar varios meses o incluso más tiempo.

Factores como una estructura polimérica de cadena larga o el alto peso molecular son obstáculos importantes para la biodegradación de plásticos petroquímicos, ya que los compuestos no pueden ser transportados a través de la membrana celular de los microorganismos, por lo que obligatoriamente deben ser despolimerizados a monómeros más pequeños.

Recientemente, un grupo de científicos informó que el PE podía ser degradado parcialmente por microorganismos de las polillas de la India. Después de una incubación de 60 días, aproximadamente 11% de una película de PE fue degradada.

Estos resultados indican que los insectos podrían ser una fuente prometedora para obtener microorganismos que degradan PE. De manera similar a las polillas, investigadores calcularon una pérdida de masa de 92 mg de una bolsa de PE, después de la exposición a 100 gusanos de cera.

En el caso del PET, uno de los hallazgos destacados es el de la bacteria Ideonella sakaiensis 201-F6, en el año 2016. Según los investigadores del proyecto, esta demostró la rara capacidad de aprovechar el PET como fuente importante de carbono y energía, lo que conlleva a un proceso de despolimerización. El centro de su capacidad de biodegradación es una enzima digestiva llamada PETasa.

Tras el hallazgo, nuevos investigadores se unieron al proyecto y generaron variantes a la enzima PETasa, a través de técnicas de ingeniería de proteínas. Sorprendentemente, una de las variantes exhibió la capacidad de degradar más rápido el PET, en comparación con la PETasa de tipo silvestre.

Aunque aún hay mucha tela por cortar, estos hallazgos son puntos de partida prometedoras para que la biotecnología industrial y la biología sintética ayuden a hacer frente a la actual amenaza medioambiental de los plásticos.

Por ahora es importante seguir creando conciencia sobre la disposición final de los residuos plásticos. Según expertos, la adaptación natural de estos microorganismos puede llevar demasiado tiempo, suficiente para que la contaminación del entorno natural llegue a ser irreversible.