La introducción de microbios a medida en el negocio del reciclaje de plásticos
Un proceso químico y biológico en dos fases convierte los residuos plásticos mezclados en nuevos y valiosos materiales
Los científicos que trabajan en una solución para los residuos plásticos han desarrollado un proceso químico y biológico de dos pasos para descomponer y reciclar plásticos mixtos en valiosos bioproductos.
Adam Guss, del ORNL, y sus colegas utilizaron la biología sintética para desarrollar un microbio personalizado capaz de convertir los residuos plásticos mixtos deconstruidos en nuevos y valiosos materiales.
Carlos Jones, ORNL/U.S. Dept. of Energy
El proyecto, en el que participan varias instituciones, aprovecha los conocimientos de biología sintética del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía para diseñar un microbio que convierta los residuos plásticos deconstruidos en bloques de construcción para materiales de nueva generación.
El nuevo proceso, descrito en la revista Science, sustituiría a un sistema que ahora requiere una laboriosa y costosa clasificación de los materiales, lo que ha hecho que sólo se recicle un 5% de los plásticos en Estados Unidos.
El proyecto está dirigido por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables y reúne también a científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts, la Universidad de Wisconsin-Madison y el ORNL en el marco del consorcio BOTTLE (Bio-Optimized Technologies to keep Thermoplastics out of Landfills and the Environment).
Los distintos plásticos contienen diferentes polímeros, cada uno de ellos con bloques químicos únicos. Los investigadores de BOTTLE desarrollaron un proceso para convertir plásticos mixtos en un único producto químico, trabajando hacia una solución que permitiera a los recicladores saltarse la clasificación.
El primer paso del proceso se basa en el oxígeno y los catalizadores para descomponer las grandes moléculas de polímero en sus componentes químicos más pequeños. El proceso se aplicó a una mezcla de tres plásticos comunes: el poliestireno, o PS, utilizado en los vasos de café desechables; el tereftalato de polietileno, o PET, utilizado en las botellas de bebidas de un solo uso, la ropa de poliéster y las alfombras; y el polietileno de alta densidad, o HDPE, utilizado en muchos plásticos de consumo común y a menudo asociado a las jarras de leche.
"Se trata de un posible punto de entrada en el procesamiento de plásticos que no pueden reciclarse en absoluto en la actualidad", afirma Gregg Beckham, investigador principal del NREL y director de BOTTLE.
El proceso de oxidación descompone estos plásticos en una compleja mezcla de compuestos químicos -como el ácido benzoico, el ácido tereftálico y los ácidos dicarboxílicos- que requerirían separaciones avanzadas y costosas para obtener productos puros. Ahí es donde entra en juego la biología.
Los colegas de BOTTLE diseñaron un microbio del suelo, Pseudomonas putida, para convertir biológicamente o "canalizar" la mezcla de pequeñas moléculas intermedias en productos individuales: polihidroxialcanoatos, o PHA, que son una forma emergente de bioplásticos biodegradables, o beta-cetoadipato, que puede utilizarse para fabricar nuevos materiales de nailon de mayor rendimiento.
El experimento se basó en un proceso desarrollado por Adam Guss, del ORNL, y sus colegas del NREL para diseñar la bacteria con los rasgos deseados de otros organismos. El proceso, descrito en la revista Metabolic Engineering, convirtió el PET deconstruido en bloques de construcción para un producto de nailon superior que es más resistente al agua y al calor, ideal para aplicaciones como las piezas de automóvil.
"Adoptamos un enfoque combinatorio para el ensamblaje de la vía, básicamente encontrando la mejor combinación de genes de diferentes organismos que nos permitiera obtener una utilización robusta del PET en Pseudomonas putida", dijo Guss. "El ORNL está especializado en la modificación de microbios no modelo para añadirles rasgos útiles para la biotecnología, aprovechando nuestra profunda experiencia en biología sintética, así como en transcriptómica y proteómica para descubrir nuevas vías metabólicas."
"La canalización biológica significa simplemente que hemos diseñado la red metabólica de un microbio para dirigir el carbono de un gran número de sustratos a un único producto", dijo Allison Werner del NREL, coautora del artículo de Science. "Para ello, tomamos ADN de la naturaleza -generalmente de otros microbios- y lo pegamos en el genoma de Pseudomonas putida. El ADN se transcribe en ARN, que a su vez se traduce en proteínas que realizan diversas transformaciones bioquímicas, formando una nueva red metabólica y, en última instancia, permitiéndonos capturar más carbono y ajustar su destino."
Guss y sus colegas han pasado años perfeccionando P. putida para convertir el biopolímero vegetal lignina, derivado de los cultivos bioenergéticos, en bioproductos avanzados como parte del Centro de Innovación en Bioenergía del DOE y Agile BioFoundry. En 2020, Guss dirigió un equipo que anunció que había diseñado el microbio para digerir simultáneamente cinco de los compuestos más abundantes de la biomasa lignocelulósica.
En los próximos pasos de BOTTLE, "seguimos ampliando la gama de moléculas que P. putida puede comer mientras trabajamos para descomponer más tipos de plásticos y también más plásticos del mundo real que tienen aditivos adicionales", dijo Guss.
"Los plásticos son los principales contaminantes del medio ambiente y se fabrican en gran parte con carbono fósil", dijo. "Esta investigación se sitúa en esa intersección de descomponer los residuos plásticos actuales y convertirlos en bloques de construcción para la próxima generación de plásticos que sean tanto reciclables por diseño como biodegradables".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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