Así crean las bacterias un bioplástico que emula la seda de araña

El 14 de enero de 1980 el grupo británico The Buggles lanzó su sencillo Living in the Plastic Age (Viviendo en la era del plástico) en el que, tras las eras del  bronce, el hierro o la piedra, bautizaba nuestra época como la era de ese omnipresente material procedente del petróleo. Desde entonces, este ha seguido proliferando y generando nuestros desafíos como los microplásticos que están colonizando los mares. Unos de los últimos avances científicos para combatirlo es el uso de bacterias para convertirlo en un bioplástico similar a uno de los materiales más resistentes del reino natural: la seda de araña. 

Objetivo: obtener un valioso material a partir del polietileno

Si los plásticos convencionales son un material omnipresente, el polietileno es el rey. Gracias a su bajo coste y fácil fabricación, se producen más de ochenta millones de toneladas anuales, en su mayoría de un solo uso. Hablamos de las bolsas de plástico del supermercado, envases de alimentos, pañales desechables o tubos de riego. Por eso los científicos del Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) en Nueva York lo eligieron como la materia prima para obtener una valiosa seda de araña biodegradable y multiuso. El resultado es un material innovador que, por su resistencia, se considera la fibra de Kevlar del reino natural, es decir, el material con el que se fabrican los chalecos antibalas.

Así se convierte el polietileno en un bioplástico ultrarresistente

A fin de obtener la proteína de seda los científicos americanos recurrieron a una nueva variedad de la bacteria Pseudomonas aeruginosa capaz de metabolizar el polietileno que, en condiciones naturales, tarda hasta mil años en degradarse. Fundamentalmente, se trata de “fermentar” este plástico de origen no renovable.

El primer paso consistió en despolimerizar el polietileno calentándolo bajo presión. Este proceso produce una pasta cerúlea y blanda, susceptible de ser metabolizada por las bacterias en el laboratorio. Algo así como cuando masticamos un alimento antes de tragarlo. En una fermentación convencional las bacterias consumen azúcares, pero en este caso se empleó como nutriente la pasta de polietileno, que se introdujo en unos pequeños depósitos y se fue batiendo con suavidad.

Posteriormente, se permitió que las bacterias hicieran su trabajo durante setenta y dos horas. Transcurrido este tiempo, se filtraron las bacterias y se purificó la proteína de seda resultante que, posteriormente, se liofilizó para su uso. Los investigadores describen el material como una especie de bioplástico en forma de bolas de algodón que se pueden tejer en hilos o convertir en otro tipo de estructuras.

Esta investigación, según el decano del RPI, forma parte de un nuevo enfoque en la protección del medio ambiente y la dependencia de recursos no renovables. Eso sí, aún queda tiempo para que esta solución permita producir la seda a escala industrial.   

Qué son los bioplásticos exactamente

Un bioplástico es un tipo de plástico que suele producirse a partir de fuentes renovables, como materiales biológicos y orgánicos. A diferencia de los plásticos convencionales derivados del petróleo, los bioplásticos buscan reducir la dependencia de recursos no renovables y disminuir el impacto ambiental asociado con la producción y eliminación de plásticos derivados del petróleo. Entre sus múltiples usos se encuentran los envases y envoltorios desechables o sus aplicaciones en el sector médico y agrícola.

Entre los tipos de bioplásticos más habituales tenemos:

• Ácido poliláctico (PLA): Se deriva de fuentes renovables como el almidón de maíz o la caña de azúcar.
• Polihidroxialcanoatos (PHA): Estos bioplásticos se producen por medio de bacterias a partir de azúcares o aceites vegetales.
• Polietileno verde: Similar al polietileno convencional, pero se produce a partir de etanol derivado de fuentes vegetales como la caña de azúcar.
• Polibutileno succinato (PBS): Derivado de recursos renovables como el ácido succínico y el butanol.
• Termoplásticos de almidón (TPS): El almidón de maíz u otras fuentes vegetales se utilizan para producir estos bioplásticos.

Las increíbles propiedades de la seda de araña

En 2021 la Universidad de Cambridge anunció también una prometedora seda de araña obtenida a partir de proteínas vegetales. Sin embargo, la particularidad del nuevo bioplástico del RPI es que se obtiene de un plástico convencional en lugar de una materia prima vegetal.

En la naturaleza, la seda de araña se compone principalmente de unas proteínas conocidas como fibroínas. Estas se transforman en hilos resistentes y flexibles al entrar en contacto con el aire. Se trata de un material con propiedades mecánicas excepcionales, como alta resistencia a la tracción, ligereza y flexibilidad, lo que la hace de interés en campos como la ingeniería de materiales y la medicina.

A pesar de estas increíbles cualidades, la producción comercial a gran escala de este tipo de materias primas renovables sigue siendo un desafío. Ese es el motivo de que se estén investigando métodos alternativos como el uso de bacterias.

Otro ejemplo de biomimética

El enfoque que menciona el decano del RPI entronca con una disciplina llamada biomimética que permite aprovechar principios presentes en la naturaleza, ya sea imitándolos o reproduciéndolos. Si quieres saber más sobre bioplásticos y otros biomateriales que evitan el consumo de recursos fósiles, echa un vistazo a nuestros artículos sobre un material ultrarresistente basado en las telarañas o unas bolsas fabricadas a partir de algas marinas.   

Fuentes:  

• Scitech Daily
• Nature Communications