2. ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

 

    Los PHA son moléculas producidas por diversas especies bacterianas y en algunas plantas que, por sus propiedades físicas y químicas, son considerados como posibles sustitutos de los plásticos convencionales.

 

    El primer PHA descubierto fue el poli(3-D-hidroxibutirato) (PHB), un homopolímero que fue detectado en la especie Bacillus megaterium en el año 1925 . Posteriormente, se encontraron inclusiones de PHA en una extensa variedad de especies bacterianas.

 

 

    Los PHA son polímeros lineales de (R)-3-hidroxiácidos en los cuales el grupo carboxilo de un monómero forma un enlace tipo éster con el grupo hidroxilo del monómero siguiente

    Su síntesis se realiza a partir de monómeros provenientes de distintos caminos metabólicos, y su despolimerización produce diferentes compuestos que son metabolizados como fuente de carbono y energía.

 

 

 

     Los PHA se depositan intracelularmente en formas de cuerpos de inclusión y pueden llegar a representar más del 90% del peso seco celular

 

     La síntesis de PHA´s se puede llevar a cabo en bacterias o plantas. Comenzaremos por las bacterias en primer lugar y desarrollaremos la síntesis de PHA´s en plantas en el siguiente apartado.

 

 

              

Células de P. putida GPo1 con gránulos de PHA.

 

Fotografía de una microscopía de fluorescencia. Los extendidos de células se muestran teñidos con un colorante específico para PHA que fluoresce de color naranja brillante a una longitud de onda de 460 nm

 

 

 

    Los polihidroxialcanoatos (PHAs) son polímeros de reserva bacterianos que se acumulan como respuesta a un desequilibrio nutricional. Son sintetizados por muchas especies de distintos géneros bacterianos en condiciones de crecimiento caracterizadas por exceso en la fuente carbonada y limitación de otros nutrientes como nitrógeno o fósforo. Estos polímeros se acumulan en gránulos intracitoplasmáticos y son utilizados como fuente de carbono y energía en condiciones de escasez nutricional.

 

    La degradación de PHA cumple un papel muy importante en la supervivencia bacteriana y en los mecanismos de resistencia al estrés, en condiciones de baja concentración de nutrientes.

 

    - Los PHA han cobrado una gran importancia durante los últimos años en el campo de la industria debido a sus propiedades termoplásticas. Por este motivo, han sido considerados como posibles sustitutos de los plásticos derivados del petróleo. Además de esto son biodegradables, por lo que tienen importancia biotecnológica.

 

     - En todo el mundo existen enormes depó­sitos de basura que incluyen toneladas de plásticos que no se degradan por medio de procesos naturales. La biodegradación es un proceso mediante el cual los microorga­nismos del suelo, como bacterias y hongos, descomponen en sustancias más sencillas los materiales presentes en él. 

    Los objetos de plástico que usamos to­dos los días, como el polietileno y el PVC, son polímeros. Un polímero es una molécula gigante formada por moléculas llamadas monómeros, que se repiten varias veces. El PVC, por ejemplo, es la unión de decenas de monómeros de cloruro de vinilo, y el polietileno es la unión de monómeros de etileno. Aquí, en la biodegradabilidad reside la principal característica de estos compuestos.

    Por ejemplo, un PHA se puede degradar 80 por ciento en sólo 15 semanas. Eso se debe a que muchos hongos y bacterias presentes en el ambiente (suelo, agua, aire) pueden utilizar esos polímeros como comida, además de que secretan sustancias que rompen las moléculas que componen el polímero.

    Si bien se han desarrollado plásticos solubles en agua o que se degradan bajo la acción de la luz (contienen sustancias que debilitan los enlaces de sus moléculas al recibir luz), la degradación no es total. Estos plásticos dejan en el ambiente sus­tancias que los microorganismos del suelo no pueden desintegrar.

 

    Diversos grupos científicos, tanto de centros de investigación públicos como de empresas privadas, han dirigido sus es­fuerzos para encontrar en la naturaleza una solución al problema de la biodegradación total del plástico, ya que no basta con reciclarlo.

 

    Los residuos plásticos se acumulan en grandes cantidades y su “degradación” es lenta. En un estudio reciente publicado en la revista “Science”  se observó que hay partículas de plástico presentes en los mares de todo el mundo . El reciclado de los plásticos aliviaría un poco la situación, pero sólo en parte. Por este motivo, el reemplazo de los plásticos no degradables por biopolímeros totalmente degradables obtenidos a partir de fuentes de carbono renovables sería una solución  mucho más completa para los diferentes aspectos de este problema.

 

 

    - Sin embargo, el precio de los bioplásticos sigue siendo demasiado alto como para que puedan desplazar a los plásticos tradicionales. Debido a esto, es necesario diseñar estrategias para obtener polihidroxialcanoatos a un costo similar.

 

    El precio final de los biopolímeros depende de varios factores, entre ellos los costos de la  producción, el rendimiento de polímero obtenido y los costos de procesamiento. Existen actualmente varios enfoques para lograr producir PHA a precios competitivos

 

 

 

    - Además de su biodegradabilidad y propiedades termoplásticas, otro hecho importante es que pueden ser producidos a partir de recursos renovables. Su producción fermentativa utiliza productos derivados de la agricultura como fuente de carbono. En la naturaleza los microorganismos son capaces de degradar los PHA, mediante la acción de PHA depolimerasas y PHA hidrolasas extracelulares, hasta CO2 y agua. De esta manera, mientras que los plásticos derivados de hidrocarburos utilizan las escasas reservas petroquímicas del planeta, la producción de PHA se basa en la utilización de recursos renovables.

 

    Por su origen de fuentes renovables y por el hecho de ser biodegradables, se denominan “polímeros doblemente verdes”.

 

 

    - Si un científico desea producir un polímero con propiedades físicas específicas, una de las cosas más importantes que tiene que hacer es alimentar a la bacteria con el compuesto apropiado. Ello es una gran ventaja, ya que permite a los científicos manipular la producción de PHA, dependiendo del uso que se le vaya a dar al plástico. Por ejemplo, se pueden producir plásticos rígidos o maleables, plásticos resistentes a temperaturas altas, ácidos o bases, plásticos cristalinos, impermeables al oxígeno, y hasta fibras plásticas para suturar heridas o tejidos internos.

 

 

 

    - El único inconveniente, como ya hemos anunciado anteriormente, que encontramos a los plásticos biodegradables frente a los tradicionales obtenidos a partir del petróleo es su coste, mucho mayor para los primeros. ¿pero sabemos cual es realmente el coste de seguir empleando el petróleo y los plásticos obtenidos a partir de él? Quizás pronto lo descubramos.

 

    Para tener una referencia vemos el siguiente dato relativo al precio: la compañía Zéneca produce aproximadamente mil toneladas al año del polímero Biopol (un PHA) a un costo de 15 dólares por kilogramo. En cambio, el costo de producción de los plásticos sintéticos es de sólo un dólar por kilogramo.