La ULE desarrolla un nuevo plástico que no contamina

«Estamos aún muy lejos de alcanzar los estándares mínimos requeridos para considerar estos procesos económicamente rentables, pero a la luz de los avances realizados es de esperar que en un futuro próximo se consiga un modelo de producción sostenible que permita obtener bioplásticos muy competitivos». Y son uno de los biomateriales «más atractivos y con un futuro industrial más prometedor». Lo asegura José María Luengo, catedrático de Biología Molecular y Bioquímica de la Universidad de León, que junto al profesor Elías Rodríguez Olivera dirige el Grupo de Investigación de Biodegradación, en el que colaboran doctorandos e investigadores. Este grupo de investigación ha obtenido notables avances (reconocidos a nivel internacional) en la generación de plásticos biodegradables, a través de bacterias. Ahora la investigación se dirige hacia la optimización de la producción de los bioplásticos y la síntesis de nuevos materiales con características interesantes. Además de ser una alternativa real a los plásticos de origen petroquímico por su carácter no contaminante, los polihidroxialcanoatos (PHAs) tienen un enorme número de aplicaciones biotecnológicas que van desde la farmacia o la cirugía hasta la agricultura, la industria,...

El profesor Luengo comenzó su andadura investigadora profesional en Antibióticos, hoy ADL, después de formarse primero en España y luego en el extranjero, al igual que el profesor Rodríguez Olivera. A su llegada a la Universidad comenzó a trabajar en una de la líneas que había seguido en la empresa, buscando una proteína entre muchos microorganismos que en hongos, participa en la síntesis de penicilinas, y no era conocida en aquel momento. La investigación llevó a «un conjunto de rutas catabólicas muy importantes, que participaban en la degradación y eliminación de compuestos aromáticos y que constituyen una unidad metabólica» que ha sido definida por el Luengo como catabolón. En ello se centró la tesis de Elías Rodríguez, un trabajo pionero recogido en prestigiosas revistas científicas internacionales.  

En estos estudios utilizaron una cepa bacteriana, Pseudomonas putida U que, a través de ese conjunto de rutas catabólicas, degradaba compuestos aromáticos. En uno de esos giros que la evidencia impone a los proyectos de investigación, observaron que esta bacteria tenía capacidad de acumular determinados intermediarios que tenían características de plásticos. «Los estudios de la enzima de la ruta de la penicilina derivaron en algo que no tenía nada que ver con ello, comenzamos a estudiar nuevos polímeros que la bacteria acumulaba internamente en épocas de bonanza, cuando tenía riqueza en el medio: tenía alimento y acumulaba reservas. Cuando las condiciones del medio eran más pobres las demás bacterias morían, pero esta sobrevivía consumiendo sus reservas, que tenían estructura de plástico. Es decir, era una bacteria capaz de sintetizar plástico, pero también de degradarlo para comérselo y sobrevivir. Allí estaban los plásticos biodegradables».  

La investigación llevó después a realizar las mutaciones para bloquear distintos procesos del metabolismo de esta bacteria, entre ellos la ruta que permitía a la bacteria degradar el plástico, por lo que los organismos mutantes sólo podían superacumular los polímeros plásticos. Extraer ese material es «un proceso químico relativamente sencillo, y el resultado son láminas de plástico». Estos materiales pueden ser también de distinta condición y propiedades, ya que «en función del alimento que se le dé al organismo, se obtienen diferentes estructuras».  

Los investigadores defienden que los avances en esta materia son importantes porque los plásticos resultantes son sintetizados por microorganismos, y porque «como no son derivados de síntesis química del petróleo, son biodegradables por parte de los propios microorganismos. Duran relativamente poco en el medio ambiente, y eso les hace idóneos medioambientalmente frente a los plásticos petroquímicos, que pueden permanecer más de 800 años».  

La investigación se centra ahora en multiplicar la capacidad de producir estos nuevos plásticos ecológicos, y conseguir una reducción de costes que permita hacerlos competitivos en el mercado. «El inconveniente es que obtenerlos es costoso, sobre todo porque los precursores son caros. De momento estamos tratando de manipular genéticamente las cepas y estudiar los mecanismos que nos permitan hacer las células más grandes, para que puedan producir más. Y expresar el proceso en organismos que tengan mayor capacidad de producción».  

De hecho, hay equipos de investigación que tratan de reproducir estos mecanismos en plantas, lo que abarata sensiblemente el proceso y permite mayores producciones, aunque tiene otros problemas añadidos en los que es necesario avanzar.  

«Debido al problema medioambiental producido por el acúmulo de deshechos de plásticos petroquímicos en la biosfera, al final es inevitable que vayamos hacia una producción de polímeros plásticos biodegradables, que se eliminen con relativa facilidad. El proyecto en el que trabajamos consiste en determinar los genes que participan en la biosíntesis del proceso, los reguladores que permiten que esos genes se expresen oportunamente en una bacteria y que esos genes puedan clonarse para reproducirse en otros sistemas». Además, «el hecho de que puedan alimentarse con distintas sustancias permite obtener distintos tipos de plásticos, con una mayor dureza, más flexible, más pegajoso,... Es decir, seremos capaces de producir plásticos de distinta naturaleza y, por lo tanto, con distintas propiedades que posibilitarán distintos usos específicos, prácticamente a voluntad».  

De momento, la competencia con los plásticos tradicionales, «que supone competir con una potente industria que lleva casi cien años establecida, la del petróleo, con todos sus procesos a punto», no es viable, aunque son ya numerosas las aplicaciones en las que está experimentándose con estos nuevos bioplásticos. Usos de valor añadido, que en algunos sectores incorporan, además, funciones potenciadoras de las sustancias con las que se aplican, como es el caso de la medicina. «Las aplicaciones en las que se estudia actualmente son altamente específicas, por ejemplo, como dispensadores altamente estables de medicamentos, o para determinados componentes de herramientas tecnológicas. Sin embargo, con la deriva del cambio climático y los problemas de contaminación, llegará un momento en el que las sociedades tendrán que decidir por el equilibrio: ver lo que están dispuestas a invertir para preservar el ecosistema. Optar por materias degradables biológicamente o seguir fabricando sustancias que permanecen como basura durante 800 años».  

De momento, en medicina y en farmacia los bioplásticos se utilizan, por ejemplo, en cirugía, para fabricar prótesis, como elementos en fijación de suturas, guías de nervios, elaboración de materiales para reparación de cartílago articular (como meniscos), injertos óseos o de tendones, ligamentos dañados,... También se han elaborado parches cardiovasculares, stents, implantes oculares, apósitos para heridas,...  

Uno de los avances que puede promover «repercusiones clínicas muy importantes» es la utilización de estos bioplásticos como transportadores de sustancias, mediante aproximaciones a la nanotecnología. Los materiales sobre los que se investiga se utilizarían como vehículos de fármacos o de biomoléculas con actividad antitumoral, antiinflamatoria, analgésica o antihelmíntica. Serán formas farmacéuticas conteniendo nanopartículas especialmente diseñadas para dirigirse a receptores celulares específicos. «Son dianas a las que se dirigen, y el fármaco se va liberando paulatinamente y mantiene una concentración adecuada en el organismo. De esta forma, se conseguirá que el tratamiento sea mucho más eficaz, reduciéndose los efectos secundarios de los principios activos potencialmente tóxicos o agresivos para los sistemas biológicos.  

Las aplicaciones de los bioplásticos son muy interesantes también en agricultura, donde el uso de cultivos microbianos para aplicar en suelos es ya una práctica habitual. Por ejemplo, soportan mejor las condiciones estresantes (de producción, transporte o almacenamiento, temperaturas, pesticidas,...) y colonizan más rápidamente las raíces de las plantas. Pueden mejorar la vida útil y la eficiencia de los productos. Permiten también diseñar sistemas que las utilizan como vehículos de insecticidas, que «permiten acceder directamente al organismo diana y combatirlo mucho más eficazmente que empleando procedimientos de fumigación habituales». También se investiga su posible utilización como precursores de biocombustibles.

Otra aplicación especialmente interesante es su utilización en la producción y purificación de cualquier proteína con interés biotecnológico. «Esta es una de las aplicaciones más prometedoras y, probablemente, una de las más sofisticadas, que pone de manifiesto la importancia de estos polímeros en el diseño de nuevas herramientas moleculares que pueden servir para diferentes propósitos biotecnológicos». Se trata de que una superficie de gránulos de estos bioplásticos puede absorber las sustancias deseadas.

Como conclusión, «los bioplásticos son una alternativa real a los plásticos de origen petroquímico. Son biodegradables, y además tienen propiedades físicoquímicas muy variadas, lo que implica un gran número de aplicaciones biotecnológicas que permitirán solventar problemas de índole ecológico, clínico, farmacológico e industrial», concluyen los investigadores.