¿Fabricar plástico sin combustibles fósiles?

Los científicos han descubierto una forma previamente desconocida en la que algunas bacterias producen el etileno químico, un hallazgo que podría conducir a nuevas formas de producir plásticos sin utilizar combustibles fósiles.

El estudio, publicado hoy (27 de agosto de 2020) en la revista Science, mostró que las bacterias crearon gas etileno como un subproducto del metabolismo del azufre, que necesitan para sobrevivir.

Pero el proceso que utilizan las bacterias para hacer eso podría hacerlo muy valioso en la fabricación, dijo Justin North, autor principal del estudio e investigador científico en microbiología en la Universidad Estatal de Ohio.

“Es posible que hayamos roto una barrera tecnológica importante para producir una gran cantidad de gas etileno que podría reemplazar las fuentes de combustibles fósiles en la fabricación de plásticos”, dijo North.

“Todavía hay mucho trabajo por hacer para desarrollar estas cepas de bacterias para producir cantidades industrialmente significativas de gas etileno. Pero esto abre la puerta “.

Investigadores del estado de Ohio trabajaron en el estudio con colegas de la Universidad Estatal de Colorado, el Laboratorio Nacional Oak Ridge y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.

El etileno se usa ampliamente en la industria química para fabricar casi todos los plásticos, dijo North. Se utiliza más que cualquier otro compuesto orgánico en la fabricación.

Actualmente, se utiliza petróleo o gas natural para crear etileno. Otros investigadores han descubierto bacterias que también pueden crear la sustancia química, pero existía una barrera tecnológica para su uso: la necesidad de oxígeno como parte del proceso, dijo Robert Tabita, autor principal del estudio y profesor de microbiología en el estado de Ohio.

“El oxígeno más etileno es explosivo, y ese es un obstáculo importante para usarlo en la fabricación”, dijo Tabita, quien es un académico eminente de Ohio.

“Pero el sistema bacteriano que descubrimos para producir etileno funciona sin oxígeno y eso nos da una ventaja tecnológica significativa”.

El descubrimiento se realizó en el laboratorio de Tabita en el estado de Ohio cuando los investigadores estaban estudiando la bacteria Rhodospirillum rubrum. Notaron que las bacterias estaban adquiriendo el azufre que necesitaban para crecer a partir del metiltio etanol.

“Estábamos tratando de entender cómo las bacterias estaban haciendo esto, porque no se conocían reacciones químicas sobre cómo estaba ocurriendo esto”, dijo North.

Fue entonces cuando decidió ver qué gases producían las bacterias y descubrió que el gas etileno estaba entre ellos.

Trabajando con colegas del estado de Colorado y los dos laboratorios nacionales, North, Tabita y otros colegas del estado de Ohio pudieron identificar el proceso previamente desconocido que liberó el azufre que necesitaban las bacterias, junto con lo que North llamó el “subproducto feliz” del etileno.

Eso no fue todo: los investigadores también descubrieron que las bacterias estaban usando sulfuro de dimetilo para crear metano, un potente gas de efecto invernadero.

Toda la investigación se realizó en el laboratorio, por lo que queda por ver exactamente qué tan común es este proceso en el medio ambiente, dijo North.

Pero los investigadores han identificado una situación en la que este proceso de producción de etileno recién descubierto puede tener consecuencias en la vida real.

El etileno es una importante hormona vegetal natural que, en las cantidades adecuadas, es clave para el crecimiento y la salud de las plantas. Pero también es dañino para el crecimiento de las plantas en grandes cantidades, dijo el coautor del estudio Kelly Wrighton, profesor asociado de ciencia del suelo y los cultivos en la Universidad Estatal de Colorado.

“Esta vía recién descubierta puede arrojar luz sobre muchos fenómenos ambientales previamente inexplicables, incluidas las grandes cantidades de etileno que se acumulan a niveles inhibidores en suelos anegados, causando daños extensos a los cultivos”, dijo Wrighton.

North agregó: “Ahora que sabemos cómo sucede, es posible que podamos eludir o tratar estos problemas para que el etileno no se acumule en el suelo cuando se produzcan inundaciones”.

Tabita dijo que esta investigación es el resultado de un feliz accidente.

“Este estudio, que involucra la investigación colaborativa y la experiencia de dos universidades y dos laboratorios nacionales, es un ejemplo perfecto de cómo los hallazgos fortuitos a menudo conducen a avances importantes”, dijo Tabita.

“Inicialmente, nuestros estudios involucraron un problema de investigación totalmente no relacionado que aparentemente no tenía relación con los hallazgos reportados aquí”.

Mientras estudiaban el papel de una proteína en particular en el metabolismo del azufre de las bacterias, los investigadores notaron que un grupo de proteínas completamente diferente también estaba involucrado inesperadamente. Esto condujo al descubrimiento de nuevas reacciones metabólicas y a la producción inesperada de grandes cantidades de etileno.

“Fue un resultado que no podríamos predecir en un millón de años”, dijo Tabita.

“Reconociendo la importancia industrial y ambiental del etileno, nos embarcamos en estos estudios cooperativos y, posteriormente, descubrimos un sistema enzimático complejo completamente nuevo. ¿Quien lo hubiera creido?”

Referencia
North J y col. Un sistema enzimático similar a la nitrogenasa cataliza la biogénesis de metionina, etileno y metano. Science, 28 de agosto de 2020: Vol. 369, número 6507, págs. 1094-1098, DOI: 10.1126 / science.abb6310

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