Plásticos verdes de bacterias moradas

Los bioplásticos de polímeros naturales pueden reemplazar a los plásticos a base de petróleo, ayudándonos a mantener los plásticos no biodegradables fuera de los vertederos y vías fluviales. Pero hay un problema: los bioplásticos más prometedores (los polihidroxialcanoatos o PHA) se suministran mediante procesos de producción de alto costo y bajo rendimiento.

Para superar este problema, los científicos de la Universidad de Washington en St. Louis (WashU) decidieron echar un nuevo vistazo a las bacterias productoras de PHA. Los científicos han descubierto que especies relativamente desconocidas de bacterias moradas tienen un potencial sin explotar. Es más, los científicos han demostrado que, al menos para una especie de bacteria violeta, este potencial podría realizarse con un poco de ayuda de la ingeniería genética.

Los científicos presentaron recientemente su trabajo en dos artículos. Uno apareció en Microbial Biotechnology, en un artículo titulado “Bacterias violetas fototróficas sin azufre rodomicrobio especies son nuevos chasis para producción de bioplásticos.” El otro apareció en Microbiología Aplicada y Ambientalen un artículo titulado “Sobreexpresión de los genes RuBisCO forma I y II en Rhodopseudomonas palustris TIE-1 aumenta la producción de polihidroxialcanoato de forma heterótrofa y autótrofa.”

“[We] evaluó la producción de PHA por bacterias fotosintéticas púrpuras no azufradas (PNSB) Rhodomicrobium vannielii y Rhodomicrobium udaipurense”, informaron los científicos en el primer artículo. «Demostramos que ambas especies acumulan PHA en condiciones de crecimiento fotoheterotróficas, fotohidrogenotróficas, fotoferrotróficas y fotoelectrotróficas, con cloruro de amonio o gas dinitrógeno como fuentes de nitrógeno».

Los científicos también describieron cómo la producción de PHA por parte de las bacterias moradas podría aumentar controlando las condiciones de crecimiento.

En el segundo artículo, los científicos se centraron en una bacteria violeta llamada Rhodopseudomonas palustris TIE-1, y explicaron cómo se podría aplicar la ingeniería genética para aumentar la producción de PHA de la bacteria: “[Genes] Se eliminaron las codificaciones de la supuesta proteína reguladora PhaR y la despolimerasa PhaZ de la ruta de biosíntesis del polihidroxialcanoato (PHA). Se eliminaron los genes asociados con vías que pueden competir con la producción de PHA, específicamente aquellos relacionados con la producción de glucógeno y la fijación de nitrógeno. Además, los genes RuBisCO forma I y II se integraron en el genoma TIE-1 mediante un sistema de integración de fagos”.

Los científicos observaron que la producción de PHA era mayor cuando los genes RuBisCO forma I y formas I y II estaban sobreexpresados.

Ambos estudios provinieron del laboratorio de Arpita Bose, PhD, profesora asociada de biología. Los miembros de su laboratorio, el estudiante graduado Eric Conners y la supervisora ​​del laboratorio de investigación Tahina Ranaivoarisoa, fueron los autores principales del primer y segundo estudio, respectivamente.

«Existe una enorme demanda mundial de bioplásticos», afirmó Bose. “Se pueden producir sin añadir CO₂ a la atmósfera y son completamente biodegradables. Estos dos estudios muestran la importancia de adoptar múltiples enfoques para encontrar nuevas formas de producir este valioso material”.

Las bacterias moradas son un grupo especial de microbios acuáticos reconocidos por su adaptabilidad y capacidad para crear compuestos útiles a partir de ingredientes simples. Al igual que las plantas verdes y algunas otras bacterias, pueden convertir el dióxido de carbono en alimento utilizando la energía del sol. Pero en lugar de clorofila verde, utilizan otros pigmentos para capturar la luz solar.

Las bacterias producen naturalmente PHA y otros componentes básicos de bioplásticos para almacenar carbono adicional. En las condiciones adecuadas, pueden seguir produciendo estos polímeros indefinidamente.

rodomicrobio Las bacterias tienen propiedades inusuales que las convierten en contendientes intrigantes como fábricas de bioplásticos naturales. «Estas son bacterias únicas que se ven muy diferentes de otras bacterias moradas», dijo Conners. Mientras que algunas especies flotan en cultivos como células individuales, este género en particular forma redes interconectadas que parecen especialmente bien equipadas para producir PHA.

Otros tipos de bacterias también pueden producir polímeros bioplásticos con algo de ayuda. «TIE-1 es un gran organismo para estudiar, pero históricamente no ha sido el mejor para producir PHA», dijo Ranaivoarisoa.

Varios ajustes genéticos han ayudado a aumentar la producción de PHA, pero un enfoque ha sido especialmente exitoso. Los investigadores obtuvieron resultados impresionantes cuando insertaron un gen que aumentó la enzima natural RuBisCO, el catalizador que ayuda a las plantas y bacterias a capturar carbono del aire y el agua. Con la ayuda de la enzima sobrealimentada, las bacterias normalmente lentas se transformaron en potencias relativas de PHA. Los investigadores son optimistas en cuanto a que podría ser posible un enfoque similar con otras bacterias que podrían producir niveles aún mayores de bioplásticos.

En un futuro próximo, Bose planea examinar más de cerca la calidad y los posibles usos de los polímeros producidos en su laboratorio: «Esperamos que estos bioplásticos produzcan soluciones reales en el futuro».