Los plantaplásticos

Itziar Aguirre Sagaseta y Oihane Iriarte Elizaincin, alumnos de Biotecnología vegetal, tercer curso de Grado en Biotecnología en Universidad Pública de Navarra. Profesor: Dr. Dr. Jorge Poveda Arias

Los plantaplásticos

Piensa en sinónimos de la palabra “plástico”. Sin duda una de las últimas palabras que te vendría a la cabeza sería “planta”. Pues resulta que pueden estar más relacionadas de lo que parece, y no precisamente por los efectos adversos que pueda tener la primera sobre la segunda.

Los plásticos convencionales derivados del petróleo han cogido la mala fama que se merecen, por lo que en la búsqueda de alternativas ha surgido esta idea, la de los bioplásticos. Se puede obtener plástico a partir de plantas. Sí sí, lo has leído bien. En este artículo te contamos cómo.

Plásticos producidos a partir de plantas

El plástico es uno de los culpables de la situación actual del planeta. Debido a sus múltiples usos y su rentabilidad económica, desde su descubrimiento se ha producido de forma masiva. Para producir dicho plástico se hace uso de combustibles fósiles que emiten grandes cantidades de gases de efecto invernadero. Por si no fuera suficiente, la humanidad no es capaz de gestionar los desechos plásticos que produce, acumulándose en vertederos y océanos. En estos “mares de plásticos” que se crean, los plásticos, además de entrar en la cadena trófica, se convierten en trampas mortales para la fauna marina. Para alarmarte más, que ya sabemos que si el tema no nos afecta directamente a los humanos la “movida” no nos preocupa, los deshechos plásticos también tienen un gran efecto en la salud humana. En los vertederos se crean ambientes ideales para la reproducción de mosquitos que pueden ser vectores de enfermedades humanas, pudiendo llegar a provocar otra pandemia nada deseada.

Acumulación de la basura proveniente del mar

A diferencia de los plásticos convencionales que derivan del petróleo, los bioplásticos tienen una base biológica. Su producción genera una menor huella de carbono y, además, como derivan de fuentes biológicas prácticamente todas son biodegradables. Esto hace que la acumulación de desechos disminuya.

En la naturaleza, muchas bacterias producen unos gránulos insolubles como sustancias de reserva, a partir de la fermentación de ciertos azúcares o lípidos. Es decir, cogen nutrientes del medio y los modifican para poder utilizarlos como fuente de energía ante una futura situación de estrés. Estas bacterias producen polihidroxialcanoatos (PHA) como sustancias de reserva de energía y carbono. Los PHA son un grupo de polímeros lineales biodegradables que, una vez extraídos de las bacterias, presentan propiedades físicas similares a las de los plásticos convencionales. Por ejemplo, la bacteria Alcaligenes eutrophus produce polihidroxibutirato (PHB), uno de los polímeros más estudiados para la producción de bioplásticos.

Biopolímeros de PHA

Las plantas no pueden producir plástico de forma natural pero algunos microorganismos, organismos vivos que solo se pueden ver si tienes un microscopio a mano, sí. Los microorganismos, como Alcaligenes eutrophus, tienen la “receta” para producir el plástico, pero la “cocina” de las plantas es mejor. Si se le enseña la receta a la planta, esta es capaz de producir plástico. La receta, en términos biológicos, se trata de uno o varios genes.

Aunque las productoras originales de bioplásticos sean las bacterias, las plantas reúnen características que hacen que su “cocina” sea mejor, pues el proceso de producción es más barato y seguro. Las plantas le sacan mucho provecho a la fotosíntesis, ya que obtienen carbono a partir de CO2. Sumando las sales minerales que absorben de las raíces, no necesitan mucho más para su crecimiento. Sin embargo, las bacterias tienen requerimientos nutricionales más específicos, de modo que hay que invertir para aportar esos nutrientes al medio de cultivo.

Basándonos en las ventajas mencionadas, las plantas son los organismos idóneos para la producción de bioplásticos. Como ya se ha explicado, se pueden insertar genes (la “receta”) de microorganismos como Alcaligenes eutrophus en las plantas. La introducción del gen le añade el “apodo” de transgénico a la planta. Esta transformación genética se puede llevar a cabo de distintas maneras.

En algunos casos descritos como el de la planta Arabidopsis thaliana, esta inserción se da por la infección de la bacteria Agrobacterium tumefaciens y aunque la palabra “infección” suene grave, en este caso no lo es. Lo que se hace es aprovechar la capacidad de esta bacteria de introducir genes en los organismos que infecta, para transmitir los que nos interesa. Esto, obviamente, se da en condiciones de seguridad en las que dicha bacteria no puede producir ningún efecto adverso en la planta, ni en humanos. Dicho de otro modo, la bacteria actúa como vehículo.

Estos genes, se procesan para producir los compuestos deseados, en este caso los PHA. Los compuestos producidos se van acumulando en los distintos orgánulos (mitocondrias, peroxisomas, plastidios…) de las células vegetales y en órganos (hojas, tallo …) de la planta donde mediante un proceso de purificación, se obtendrá el producto final: el bioplástico.

La producción de PHA se ha conseguido exitosamente en plantas como Arabidopsis thaliana. Aún así, ha provocado daños en la fisiología de la planta y una baja producción. Esto se debe a que los sistemas utilizados no son todavía óptimos, por lo que, al introducir los genes de interés, se pueden alterar otros propios de la planta. Esto puede producir cambios en la estructura de la planta y una baja producción del bioplástico, por lo que es esencial seguir investigando en mejorar estas técnicas.

En el caso de Arabidopsis thaliana, se realizó la inserción de genes de Alcaligenes eutrophus obteniendo bajos niveles de producción. Sin embargo, se ha logrado aumentar la producción en hojas y disminuir los daños producidos por fallos en el sistema de introducción de genes. Por otra parte, en plantas de aceite de palma se obtuvo PHA en una parte del fruto y, en especies de tabaco, se ha logrado producir PHB en cloroplastos (los orgánulos característicos de la fotosíntesis), así como en la caña de azúcar. Aunque los ejemplos descritos hasta ahora no hayan logrado una gran producción (pero sí considerable), cada vez hay metodologías más eficientes que harán que en un futuro cercano los bioplásticos se conviertan en un recurso rentable.

Para demostrar que esto no es ciencia ficción a continuación viene un ejemplo de una empresa biotecnológica que está a un paso de producir bioplásticos a partir de PHA. La empresa Yield10 Bioscience está desarrollando la producción de PHA a partir de semillas de plantas de camelina o sésamo bastardo. Los prometedores resultados de los ensayos de campo llevados a cabo en 2021 con la línea C3015 han llevado a la empresa a tomar la decisión de aumentar el escalado en de la línea C3015 en 2022, que se plantará a escala de acre. El acre es una unidad de superficie, donde 2,471 acres equivalen a 1 hectárea. Es decir, se sembrará una cantidad considerable de camelina. Se espera que esto permita la producción de PHA para llevar a cabo el desarrollo de la creación de bioplásticos.

La creciente conciencia sobre los impactos negativos de los plásticos de origen fósil ha dado pie a los bioplásticos, los cuales tienen un futuro prometedor en la transición verde. Las plantas pueden pasar de ser víctimas del cambio climático debido a actividades antropogénicas que erosionan la biodiversidad, a ser una solución contra ésta mediante otras actividades también antropogénicas como la biotecnología. Hace algunos años ni pasaba por la mente de nadie la idea de producir plástico a partir de una planta y míranos ahora.

Bibliografía

Álvarez da Silva, L. (2016). Bioplásticos: obtención y aplicaciones de polihidroxialcanoatos. (Trabajo fin de grado inédito). Universidad de Sevilla, Sevilla. https://idus.us.es/bitstream/handle/11441/54517/BIOPL%C3%81STICOS.pdf;sequence=1

Comunicado de prensa de la empresa Yield10 Bioscience (08/03/2022). Yield10 Bioscience Announces Recent Advances in the Development of Camelina as a Production Platform for PHA Bioplastic. https://www.yield10bio.com/press/yield10-bioscience-announces-recent-advances-in-the-development-of-camelina-as-a-production-platform-for-pha-bioplastic

Khan, A. K., Anjum, I., Hano, C., Abbasi, B. H., & Anjum, S. (2021). An overview on feasible production of bioplastic polyhydroxyalkanoate (PHA) in transgenic plants. Bioplastics for Sustainable Development, 555-579. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-16-1823-9_20

Karen Bohmert-Tatarev, Susan McAvoy, Sean Daughtry, Oliver P. Peoples, Kristi D. Snell, High Levels of Bioplastic Are Produced in Fertile Transplastomic Tobacco Plants Engineered with a Synthetic Operon for the Production of Polyhydroxybutyrate    , Plant Physiology, Volume 155, Issue 4, April 2011, Pages 1690–1708, https://doi.org/10.1104/pp.110.169581

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