Truco económico para reciclar plástico bacteriano
La aplicación de una vía metabólica recién descubierta aumenta la eficiencia de CO2 de las bacterias que utilizan PET
Científicos del Instituto Max Planck de Marburgo han desarrollado una ruta más eficaz y respetuosa con el dióxido de carbono para reciclar el etilenglicol, un componente del plástico PET. Mejoraron el metabolismo de la bacteria Pseudomonas putida con una nueva ruta tomada de los microbios marinos, lo que mejoró su crecimiento. Sus hallazgos ofrecen nuevas posibilidades para el reciclado microbiano del PET, pero también para el desarrollo del reciclado sostenible de materiales.
Unos investigadores han desarrollado una ruta más eficaz y respetuosa con el dióxido de carbono para reciclar el etilenglicol, un componente del plástico PET. Sus "fábricas celulares" ofrecen nuevas oportunidades para el reciclado microbiano del PET (imagen simbólica).
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Los plásticos son omnipresentes. En 2017, la producción mundial anual de plástico alcanzó los 350 millones de toneladas. Una cantidad significativa de plástico se acumula en los entornos naturales. La contaminación por plástico acarrea graves consecuencias para la salud de los organismos y la estabilidad de los ecosistemas. Al mismo tiempo, se pierden valiosas materias primas que podrían reutilizarse de forma sostenible.
El etilenglicol, componente básico del PET: una sustancia clave en el ciclo de reciclado
Una solución prometedora es la degradación microbiana y/o el upcycling del plástico. Desde el descubrimiento de la bacteria Ideonella sakaiensis que degrada el PET en 2016, muchos esfuerzos se centran en el PET (tereftalato de polietileno), que se utiliza más comúnmente para la producción de botellas de agua. El etilenglicol, la molécula C2 que se utiliza para producir PET, también tiene aplicaciones como agente anticongelante o disolvente, y puede generarse electroquímicamente a partir de gas de síntesis, por lo que cada vez se le presta más atención como componente clave para una bioeconomía neutra en carbono. Por lo tanto, los esfuerzos para desarrollar cepas microbianas con capacidades de conversión mejoradas para el etilenglicol no sólo son importantes para el upcycling microbiano del PET, sino también en el contexto más amplio del establecimiento de rutas económicas circulares para el uso biotecnológico de este abundante producto químico.
Investigadores del Instituto Max-Planck de Microbiología Terrestre, el Instituto Max-Planck de Fisiología Vegetal y la Universidad de Leiden han dado un paso importante hacia un ciclo de recuperación de materiales más sostenible. Utilizando métodos de biología sintética y evolución dirigida, han diseñado el ciclo en la bacteria biotecnológicamente relevante Pseudomonas putida. La nueva vía metabólica aumentó la capacidad de utilización del etilenglicol.
Su trabajo se basa en la identificación previa de una vía metabólica para la asimilación eficaz de compuestos C2, el ciclo del beta-hidroxiaspartato (BHAC), en bacterias marinas. "El BHAC es un ciclo elegante a través del cual el carbono del etilenglicol puede reciclarse sin pérdida de dióxido de carbono. Por lo tanto, es muy favorable en lo que respecta al equilibrio de carbono y energía. Nuestra cepa manipulada es ahora capaz de asimilar este componente del plástico PET de forma más eficiente", afirma Lennart Schada von Borzyskowski, coautor principal que ayudó a conceptualizar el estudio. Realizó sus experimentos durante sus estudios posdoctorales en el Instituto Max-Planck de Microbiología Terrestre de Marburgo, en colaboración con el grupo de Arren Bar-Even del Instituto Max-Planck de Fisiología Vegetal de Golm.
La evolución dirigida mejora el rendimiento bacteriano
"En primer lugar, utilizamos cepas de selección de E. coli para confirmar que las bacterias modificadas sintéticamente son capaces en general de sostener la síntesis completa de biomasa a través de la derivación BHA no nativa. La posterior integración completa del BHAC en P. putida permitió inmediatamente el crecimiento de la cepa modificada en etilenglicol. También dio lugar a cambios en la red metabólica para conectar la nueva vía con el metabolismo central del carbono del huésped. Además, la evolución dirigida en laboratorio de P. putida con el BHAC dio lugar a una cepa con un mayor rendimiento de crecimiento -crecimiento un 35% más rápido, rendimiento de biomasa un 20% mayor- en etilenglicol", afirma Helena Schulz-Mirbach, coautora principal del estudio.
"Establecer ciclos de materiales sostenibles es probablemente el mayor reto de nuestro tiempo", añade Tobias Erb, Director del Instituto Max-Planck de Microbiología Terrestre, que coordinó el estudio. "La degradación de plásticos sin liberación deCO2 es un paso importante para cerrar el ciclo del carbono de forma circular."
"El estudio pone de relieve el potencial del BHAC como módulo metabólico 'plug-and-play' para la biología sintética", añade Lennart Schada von Borzyskowski, ahora profesor adjunto en la Universidad de Leiden (Países Bajos). "En trabajos recientes, hemos empezado a probar el BHAC también en otros organismos, por ejemplo la planta Arabidopsis thaliana. En esta planta, ya pudimos demostrar que el BHAC puede hacer que la fotosíntesis sea más eficiente al permitir que la planta retenga másCO2. Estos resultados son una prueba de concepto muy prometedora para futuras investigaciones en el desarrollo de vías deahorro de CO2 en biotecnología y agricultura."
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.
Publicación original
Schada von Borzyskowski, L., Schulz-Mirbach, H., Troncoso Castellanos, M., Severi, F., Gomez Coronado, P.A., Paczia, N., Glatter, T., Bar-Even, A., Lindner, S.N., Erb, T.J.; Implementation of the beta-hydroxyaspartate cycle increases growth performance of Pseudomonas putida on the PET monomer ethylene glycol; Metabolic Engineering 76, 97-109 (2023)
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