Investigadores del KAIST desarrollan un plástico de base microbiana con potencial para reemplazar las botellas PET

Este avance ha sido dirigido por el distinguido profesor Sang Yup Lee, del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, quien, junto con su equipo, ha utilizado ingeniería metabólica avanzada para crear una cepa microbiana capaz de producir de manera eficiente una alternativa sostenible al PET.

Publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, el estudio presenta un nuevo enfoque microbiano para producir ácidos dicarboxílicos pseudoaromáticos, compuestos que ofrecen propiedades físicas superiores y mayor biodegradabilidad en comparación con los poliésteres aromáticos tradicionales como el PET cuando se sintetizan como polímeros.

La investigación aborda una limitación importante de los métodos de producción química anteriores para los ácidos dicarboxílicos pseudoaromáticos, que se veían obstaculizados por los bajos rendimientos, la escasa selectividad, las condiciones de reacción complejas y los subproductos de desechos peligrosos. Utilizando la bacteria Corynebacterium glutamicum, que se emplea habitualmente en la producción de aminoácidos, el equipo del KAIST empleó la ingeniería metabólica para mejorar el flujo metabólico del ácido protocatecuico, un precursor de varios ácidos dicarboxílicos pseudoaromáticos, y evitar la pérdida del precursor.

Resultados clave de la investigación y hitos de producción

El equipo KAIST logró resultados de producción notables, sintetizando con éxito cinco tipos de ácidos dicarboxílicos pseudoaromáticos, cada uno con roles potenciales en la producción sustentable de polímeros debido a su biodegradabilidad y propiedades físicas:

Ácido 2-pirona-4,6-dicarboxílico: producido en una concentración global alta de 76,17 g/L, este compuesto sirve como un monómero alternativo biodegradable con posibles aplicaciones en la producción de poliésteres sustentables. Su alto rendimiento y estabilidad física lo convierten en un candidato sólido para crear materiales plásticos ecológicos que reemplacen al PET.

Ácido 2,3-piridina dicarboxílico: producido a 2,79 g/L, este compuesto exhibe propiedades químicas que favorecen la estabilidad en cadenas de polímeros biodegradables, lo que puede mejorar la durabilidad y el respeto al medio ambiente de los productos finales.

Ácido 2,4-piridina dicarboxílico: En una concentración de 0,49 g/L, este ácido proporciona capacidades potenciales de reticulación, contribuyendo a polímeros con mayor flexibilidad y resistencia, adecuados para diversas aplicaciones de envasado.

Ácido 2,5-piridina dicarboxílico: producido a 1,42 g/L, este compuesto ofrece un equilibrio de biodegradabilidad y rigidez estructural, lo que lo hace adecuado para aplicaciones ligeras donde se requiere durabilidad, como envases o contenedores de un solo uso.

Ácido 2,6-piridina dicarboxílico: con un rendimiento de producción significativo de 15,01 g/L, este ácido puede mejorar potencialmente las propiedades de barrera de los plásticos de origen biológico, lo que lo hace valioso para el envasado de alimentos y bebidas donde la protección contra la humedad o el gas es esencial.

A través del análisis del transcriptoma, el equipo identificó objetivos genéticos críticos, mejorando la retención de precursores y la eficiencia de producción. Al introducir tres nuevas vías metabólicas para la producción de ácido piridina dicarboxílico, el equipo mejoró significativamente los rendimientos en todos los ácidos objetivo, lo que contribuyó a métodos de producción escalables para alternativas de polímeros sostenibles.

Aplicaciones industriales y potencial futuro

Se espera que este trabajo pionero abra el camino a diversas aplicaciones industriales en la producción de poliéster, ofreciendo una alternativa sostenible a los materiales derivados de la petroquímica. Los hallazgos pueden contribuir significativamente al futuro de la producción de biomonómeros, reduciendo en última instancia la dependencia de la industria química de los petroquímicos.

El profesor Lee se mostró optimista sobre las futuras aplicaciones de esta tecnología: "La importancia radica en el hecho de que hemos desarrollado una tecnología ecológica que produce de manera eficiente monómeros de poliéster aromáticos similares basados ​​en microorganismos. Este estudio ayudará a que la industria de biomonómeros basada en microorganismos reemplace a la industria química basada en petroquímicos en el futuro".

Para obtener más detalles, consulte el estudio original: Jae Sung Cho et al., Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for the production of pyrone and pyridine dicarboxylic acids, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI: [10.1073/pnas.2415213121](https://doi.org/10.1073/pnas.2415213121).

Proporcionado por: Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)

Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias