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Bacterias genéticamente modificadas convierten el plástico en saborizante de vainilla

Un grupo de investigadores británicos logró modificar la bacteria común E. coli para convertir el plástico usado en vainillina. La vainillina es la molécula responsable del olor y sabor característicos de la vainilla. Se utiliza en alimentos y cosméticos, y es una plataforma química de importancia industrial.

Chemistry World / 10 de junio, 2021.- Científicos del Reino Unido han modificado genéticamente la bacteria Escherichia coli para transformar los desechos plásticos en vainillina. «En lugar de simplemente reciclar los desechos plásticos en más plástico, lo que nuestro sistema demuestra por primera vez es que puede usar plástico como materia prima para las células microbianas y transformarlo en algo con mayor valor y más utilidad industrial », dice Stephen Wallace de la Universidad de Edimburgo. La biotransformación «no está simplemente reemplazando un proceso químico actual, en realidad está logrando algo que no se puede hacer con métodos sintéticos modernos».

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El tereftalato de polietileno (PET) es uno de los tipos de plástico más utilizados. La mayoría de las tecnologías de reciclaje existentes degradan el PET en sus monómeros sustituyentes, etilenglicol y ácido tereftálico, y luego los reutilizan en materiales plásticos de segunda generación. Wallace y Joanna Sadler, también de la Universidad de Edimburgo, quieren reciclar estos monómeros en productos alternativos.

El dúo de investigadores ha utilizado la ingeniería genética para crear una cepa de E. coli que convierte el ácido tereftálico en vainillina. La vainillina es la molécula responsable del olor y sabor característicos de la vainilla. Se utiliza en alimentos y cosméticos, y es una plataforma química de importancia industrial. Tradicionalmente, se extrae de la planta de vainilla, pero la demanda global supera con creces la oferta de fuentes naturales. Sadler no está seguro de si la vainillina derivada directamente de los desechos cumpliría con las normas reglamentarias para el consumo de alimentos, pero prevé que sería adecuada para cosméticos u otras aplicaciones como producto químico a granel.

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Su E. coli modificada produce enzimas para convertir el ácido tereftálico en vainillina a través de una oxidación, una metilación y dos pasos de reducción. Estas enzimas se introdujeron en la célula a través de plásmidos, que Wallace describe como «piezas circulares de ADN que son efectivamente un libro de instrucciones para la química que deseas que haga esa célula». Agregar una gran cantidad de enzimas no nativas a E. coli resultó ser un gran desafío. “Cuando comienzas a introducir nuevas enzimas, estás ejerciendo mucho estrés sobre la célula y, en algún momento, se sentirá descontenta con la cantidad de trabajo que le estás pidiendo que haga. Esto plantea varios obstáculos biológicos”, explica Sadler. A través de una cuidadosa optimización de las condiciones de reacción y los medios, finalmente encontraron un punto óptimo en el que cada una de las enzimas podía desempeñar su papel en la transformación biocatalítica del ácido tereftálico en vainillina.

Reciclaje de plástico usado en vainillina (vainilla) con la bacteria E. Coli.

Recolección de basura

Desafortunadamente, lograr que la célula llevara a cabo la transformación fue solo la mitad de la batalla. «La biocatálisis de células enteras tiene muchos beneficios, pero un gran desafío es hacer que el sustrato entre físicamente en la célula para que pueda suceder la química», dice Sadler. Para superar esto, agregaron pequeñas cantidades de alcohol que esencialmente perforan la membrana celular para aumentar su permeabilidad. Otra complejidad fue que la vainillina en sí misma es tóxica para su nueva cepa de E. coli. Para mitigar esos problemas de toxicidad, eliminaron el producto de la mezcla de reacción in situ extrayéndolo en alcohol oleílico. Con condiciones optimizadas en la mano, el equipo convirtió directamente una botella de plástico de desecho, recogida en una calle de Edimburgo, en vainillina en un proceso de un solo recipiente.

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«Este es un estudio muy prometedor y oportuno que demuestra que el ácido tereftálico se puede implementar en un proceso biotecnológico», comenta Wolfgang Streit, experto en degradación microbiana del plástico en la Universidad de Hamburgo, Alemania. “Ellos describen una estrategia clara para el reciclaje biológico de los residuos de PET en una sola molécula pequeña de valor agregado. Dado que la vainillina tiene el potencial de servir como un compuesto químico de plataforma, esto hace una contribución significativa al campo emergente del reciclaje microbiológico de plásticos ‘. Y Zeynep Cetecioglu, investigador en el campo de la valorización de residuos microbianos en el KTH Royal Institute of Technology de Suecia, califica el trabajo como «un paso bastante importante no solo para crear centros de biorrefinerías en las ciudades, sino también para una sociedad más sostenible». Los desechos plásticos son un gran problema para todo el mundo y la necesidad es encontrar una solución para removerlos o eliminarlos . Este estudio ha dado un paso más y ha convertido con éxito el compuesto de residuos plásticos en un producto químico de alto valor».

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Aparte de la transformación útil, Wallace dice que su investigación «cambia por completo la percepción de los residuos plásticos como un producto final problemático en una materia prima utilizable para la biotecnología industrial moderna». Wallace y Sadler planean optimizar y ampliar aún más la reacción, así como diseñar vías alternativas para producir otras moléculas valiosas a partir de desechos de PET. «Para mí, esto es solo el comienzo», dice Sadler. «Creo que estamos en un lugar realmente emocionante ahora que nos damos cuenta de que podemos hacer todo tipo de cosas con los residuos plásticos».

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