Plásticos vivos: un enfoque revolucionario para la degradación sostenible de los plásticos

Los plásticos se han convertido en una parte integral de la vida moderna, pero su durabilidad y resistencia a la degradación han generado importantes preocupaciones ambientales. Para abordar este problema acuciante, el grupo de investigación del Dr. DAI Zhuojun en el Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen (SIAT), parte de la Academia China de Ciencias (CAS), ha desarrollado una solución innovadora: "plásticos vivos" degradables diseñados mediante biología sintética e ingeniería de polímeros. Su estudio, titulado "Plásticos vivos degradables programados por esporas diseñadas", se publicó recientemente en *Nature Chemical Biology* y presenta un método novedoso para crear plásticos respetuosos con el medio ambiente que pueden descomponerse en condiciones específicas.

Aprovechemos el poder de la resiliencia natural

El innovador enfoque adoptado por el equipo del SIAT aprovecha la resistencia natural de las esporas de Bacillus subtilis, conocidas por su capacidad de soportar condiciones ambientales extremas, como sequedad, altas temperaturas y alta presión, condiciones que también son típicas en el procesamiento de plásticos. Los investigadores modificaron genéticamente estas esporas para producir lipasa de Burkholderia cepacia (BC-lipasa), una enzima potente que puede degradar materiales plásticos.

Estas esporas modificadas se mezclaron luego con poli(caprolactona) (PCL), un poliéster biodegradable, para crear "plásticos vivos". Las esporas permanecen latentes dentro de la matriz plástica en condiciones normales, lo que garantiza que el material conserve sus propiedades físicas y estabilidad durante el uso habitual. Sin embargo, cuando la superficie del plástico se erosiona o se expone a desencadenantes ambientales específicos, como el compostaje, las esporas se activan. Al activarse, comienzan a secretar la enzima que degrada el plástico, lo que inicia un proceso que conduce a la descomposición casi completa del plástico.

Mecanismos innovadores de degradación

La investigación demostró dos métodos principales para liberar las esporas e iniciar el proceso de degradación. En el primer método, se utiliza una enzima externa, la lipasa CA, para erosionar la superficie del plástico, lo que permite que las esporas germinen y expresen la lipasa BC. Esto da como resultado una degradación rápida y eficiente del plástico PCL, con pesos moleculares que caen a menos de 500 g/mol en un plazo de seis a siete días. En cambio, los plásticos PCL ordinarios sometidos únicamente a daños superficiales sin activación de esporas retuvieron una cantidad significativa de residuos incluso después de 21 días.

El segundo método consiste en convertir los plásticos vivos en abono en el suelo. Sin ningún agente externo, los plásticos se degradaron completamente en un plazo de 25 a 30 días, mientras que los plásticos PCL tradicionales tardaron unos 55 días en degradarse hasta un nivel similar, que era invisible a simple vista.

Más allá del PCL: ampliando el alcance

Al reconocer el potencial de esta tecnología, el equipo de investigación probó la aplicabilidad de su método con otros tipos de plásticos comerciales, incluidos el succinato de polibutileno (PBS), el adipato-co-tereftalato de polibutileno (PBAT), el ácido poliláctico (PLA), los polihidroxialcanoatos (PHA) e incluso el tereftalato de polietileno (PET). Los resultados fueron prometedores: las esporas podían sobrevivir a temperaturas de procesamiento de hasta 300 °C y, una vez liberadas mediante molienda física o desencadenantes ambientales, aún podían revivir y expresar sus capacidades de degradación de plásticos.

Potencial industrial e implicaciones futuras

Para evaluar la escalabilidad de esta tecnología, el equipo de investigación realizó una prueba industrial a pequeña escala utilizando una extrusora de un solo tornillo en el sistema PCL. Los plásticos vivos resultantes mantuvieron su forma y estabilidad durante el uso, incluso en condiciones difíciles como la inmersión en Sprite durante dos meses. Una vez activados, los plásticos vivos se degradaron rápidamente, lo que demuestra aún más su viabilidad práctica para aplicaciones industriales.

Esta investigación representa un avance significativo en el campo de los materiales sostenibles. Al incorporar esporas modificadas en matrices de plástico, el equipo de SIAT ha creado una nueva clase de plásticos que combinan la durabilidad necesaria para el uso práctico con la capacidad de degradarse de manera eficiente cuando termina su vida útil. Este avance ofrece una solución prometedora a la crisis mundial de contaminación por plásticos, con el potencial de revolucionar la forma en que se fabrican, utilizan y eliminan los plásticos en el futuro.

Conclusión

El desarrollo de "plásticos vivos" por parte del equipo del Dr. DAI Zhuojun en el SIAT marca un hito importante en la búsqueda de materiales sostenibles. Aprovechando la biología sintética y la ingeniería de polímeros, el equipo ha introducido un nuevo método para crear plásticos que sean duraderos en el uso diario y capaces de degradarse rápidamente en condiciones ambientales específicas. Esta innovación no solo aborda el problema urgente de la contaminación plástica, sino que también abre nuevas vías para el desarrollo de materiales ecológicos que puedan contribuir a un futuro más sostenible.