Bacterias Genéticamente Modificadas: Una Solución para los Desechos Plásticos

El plástico es un material que se ha vuelto esencial en nuestra vida diaria porque es liviano, resistente y puede soportar productos químicos. Desde que se inventó en el siglo XX, el plástico se ha utilizado mucho en empaques, construcción y muchas otras aplicaciones. Sin embargo, el uso masivo de plásticos también ha llevado a problemas ambientales serios. Muchos plásticos se desechan después de un solo uso, lo que genera una gran cantidad de residuos. Entre 1950 y 2015, casi 4900 megatones de desperdicio plástico terminaron en vertederos y en el medio ambiente.

La gran mayoría de los plásticos producidos están diseñados para durar mucho tiempo. No se descomponen fácilmente, permaneciendo en el medio ambiente durante cientos de años. Esta naturaleza duradera presenta riesgos para los ecosistemas y puede afectar incluso la salud humana. Se predice que la cantidad de desechos plásticos generados cada año casi se triplicará para 2060 si sigue el uso actual. Incluso con esfuerzos para manejar los residuos y recuperar el medio ambiente, una cantidad significativa de desechos plásticos seguirá entrando en nuestras tierras y aguas.

Aunque muchos tipos de plásticos se consideran no biodegradables, la investigación indica que algunos microbios pueden descomponer estos materiales en sustancias más simples que pueden usar como energía. Sin embargo, estos procesos naturales son lentos, tardando semanas o meses para hacer progresos visibles en la descomposición de plásticos. Los científicos han estado trabajando para acelerar la Degradación de ciertos plásticos mejorando las enzimas que ayudan a descomponerlos. Un ejemplo es una enzima llamada PETasa, que puede descomponer el tereftalato de polietileno (PET), un tipo común de plástico.

#Las Vías de los Desechos Plásticos

Los desechos plásticos entran al medio ambiente principalmente a través de plantas de tratamiento de aguas residuales, donde el efluente y el lodo pueden llevar microplásticos. Estas instalaciones tienen procesos que pueden ayudar a eliminar microplásticos introduciendo bacterias diseñadas que producen enzimas degradadoras de plástico. Este método puede ser más económico que agregar continuamente enzimas purificadas a los procesos de tratamiento.

Sin embargo, un desafío con este método es que las bacterias introducidas pueden no sobrevivir mucho tiempo en el nuevo ambiente. Por lo tanto, los científicos están buscando maneras de modificar genéticamente bacterias locales para expresar las enzimas necesarias para descomponer desechos plásticos. Esta modificación genética, conocida como bioaumentación genética, ha mostrado promesas en entornos de laboratorio para limpiar contaminantes no plásticos.

#Avances Recientes en la Investigación de Degradación de Plásticos

En estudios recientes, los investigadores se han centrado en introducir un Plásmido que lleva el gen de PETasa en bacterias encontradas en aguas residuales municipales. Esta investigación demostró que estas bacterias modificadas pueden descomponer efectivamente el plástico PET. La variante de PETasa utilizada en el estudio, conocida como FAST-PETasa, es más eficiente y estable que versiones anteriores de la enzima.

Los investigadores desarrollaron un plásmido especial que permite la transferencia del gen FAST-PETasa a bacterias locales. Este plásmido fue diseñado para ayudar a las bacterias a crecer y mantener el gen PETasa. Los investigadores probaron la efectividad de este método, confirmando que las bacterias transformadas expresaban PETasa funcional y podían degradar directamente el plástico PET.

#Metodología de Introducción de PETasa en Bacterias

Para llevar el gen PETasa a las bacterias de aguas residuales, los investigadores construyeron un plásmido conjugativo llamado pFAST-PETasa-cis. Este plásmido contiene varias características importantes que ayudan en el proceso de transferencia de genes. Incluye un promotor específico que impulsa la expresión del gen PETasa y un marcador fluorescente para ayudar a identificar transformaciones exitosas.

Los investigadores utilizaron una cepa específica de E. coli como donante para el proceso de conjugación. Mezclaron esta cepa con aguas residuales municipales y la incubaron, permitiendo que el material genético se transfiriera a las bacterias locales. Después de varios días, se examinaron colonias de bacterias por su capacidad para expresar el marcador fluorescente, lo que indica transferencia exitosa del gen.

#Estabilidad de las Modificaciones Genéticas

Para probar qué tan bien se podía mantener el plásmido introducido, los investigadores monitorearon varias especies transconjugantes durante 14 días. Descubrieron que la presencia del plásmido disminuía significativamente en ausencia de presión de selección, lo que significa que las bacterias sin beneficios continuos del plásmido tendían a perderlo con el tiempo.

Esta pérdida resalta la importancia de asegurar que las bacterias modificadas se mantengan funcionales a largo plazo en entornos reales. Las aplicaciones futuras tendrán que considerar estrategias para mantener la estabilidad de estas modificaciones genéticas para lograr soluciones duraderas en la degradación de plásticos.

#Pruebas de la Efectividad de PETasa

Los investigadores luego probaron qué tan bien las bacterias modificadas podían descomponer plástico PET. Usaron métodos tanto intracelulares como de sobrenadante de cultivo para medir la efectividad de la enzima PETasa. En varias pruebas, las muestras de PET expuestas mostraron una pérdida de peso notable, lo que indica una degradación exitosa.

En un experimento, los investigadores incubaron un tipo de película de PET con la enzima PURIFICADA FAST-PETasa. Observaron una pérdida de masa significativa con el tiempo, confirmando la actividad de la enzima contra el plástico PET. La microscopía electrónica de barrido también reveló cambios en la superficie de las muestras de PET, demostrando aún más el proceso de degradación.

#Uso de Sobrenadante de Cultivo para la Degradación

Los investigadores exploraron si el sobrenadante de cultivo que contiene FAST-PETasa podría degradar PET sin purificar la enzima primero. Probaron muestras derivadas de diferentes condiciones, midiendo la absorbancia en longitudes de onda específicas para detectar productos de degradación.

Los resultados iniciales mostraron que cuando se estimuló la expresión de la enzima, ocurrió una degradación significativa. Las muestras tratadas exhibieron señales visibles de descomposición, y observaciones adicionales confirmaron que los sobrenadantes contribuyeron al proceso de degradación en general.

Sin embargo, cuando los investigadores usaron sobrenadantes de cultivo no diluidos, encontraron una actividad mínima. Se concluyó que eran necesarias condiciones específicas, incluida la dilución, para una degradación efectiva. Esto lleva a entender que optimizar las condiciones ambientales y concentraciones puede mejorar el rendimiento de las bacterias modificadas.

#Escalando el Proceso de Degradación

Los investigadores se propusieron escalar el proceso de degradación usando piezas más grandes de PET, como tapas de vasos de café. Observaron que se produjo una degradación sustancial cuando las tapas se sumergieron en el sobrenadante de las bacterias modificadas, afirmando el potencial para aplicaciones prácticas en la gestión de residuos.

Los hallazgos de estos estudios indican que el enfoque de modificar genéticamente bacterias locales para la degradación de plásticos podría desempeñar un papel crítico en abordar los desechos plásticos. Al maximizar la efectividad de las bacterias modificadas y asegurar su estabilidad en el medio ambiente, esta solución podría contribuir significativamente a los esfuerzos de reciclaje y reducir la cantidad de desechos plásticos que dañan los ecosistemas.

#Desafíos y Direcciones Futuras

Aunque la introducción de bacterias genéticamente modificadas ha mostrado promesas, quedan varios desafíos. La estabilidad del plásmido en varios entornos debe ser monitoreada cuidadosamente para asegurar la efectividad a largo plazo. Los científicos también están considerando las implicaciones de usar organismos genéticamente modificados en el medio ambiente y cómo mitigar posibles preocupaciones éticas.

Avanzando, la investigación se centrará en mejorar el rendimiento de las bacterias modificadas, explorando herramientas genéticas más amplias y creando consorcios microbianos diversos para descomponer varios tipos de plásticos. El marco establecido en esta investigación podría llevar a sistemas modulares que apunten a tipos específicos de desechos plásticos, ofreciendo un enfoque más sostenible para la gestión de residuos.

#Conclusión

La creación de bacterias genéticamente modificadas capaces de degradar plástico PET demuestra un enfoque innovador para abordar los desechos plásticos. A medida que la investigación continúa, los avances en este campo podrían conducir a soluciones efectivas y escalables para reducir la contaminación plástica en nuestro medio ambiente. Al aprovechar las capacidades de la naturaleza y la tecnología de punta, podemos trabajar hacia un futuro más sostenible que minimice el impacto de los plásticos en nuestro planeta.