4. PRODUCCIÓN DE PHA EN PLANTAS

 

    En el apartado anterior se ha visto como es posible la producción de plásticos biodegradables a partir de microorganismos. Veámos ahora como obtenerlos mediante plantas.

 

    Los avances en ingeniería genética que se han logrado en esta década permiten utilizar a las plantas para producir diferentes productos. Algunos ejemplos son plantas que producen interferón (proteína humana que inhibe infecciones virales), caseína (proteína de la leche), vacunas y hormonas. Por lo tanto, ¿por qué no producir PHA en plantas?

    La respuesta a esta pregunta es que se va a emplear la ingeniería genética en la obtención de  plásticos biodegradables. Para obtener una “vacuna vegetal” se inserta en el material genético de la planta un gen que produce una proteína (o antígeno) “dañina” para el cuerpo humano. Al consumir esta planta, ingresa en nuestro cuerpo una pequeña cantidad de esa proteína. Como en las vacunas tradicionales, esa pequeña cantidad de antígeno estimula al sistema inmune a producir anticuerpos contra la sustancia nociva. Ya se han hecho pruebas alentadoras con papas transgénicas en las cuales se han insertado genes de distintos patógenos, como la bacteria Escherichia coli y un virus que causa trastornos gástricos. Consumir estas papas, al parecer, confiere protección contra estos agentes.

 

Si ha sido posible ésto ,entonces ¿por qué no utilizar plantas para producir plásticos biodegradables? Las plantas no requieren instalaciones especiales y los costos de mantenimiento son mínimos. Además las plantas podrían producir PHA en grandes cantidades.

 

 

    Impulsados por la necesidad de conseguir nuevas fuentes renovables de materia prima para la producción de plástico, los científicos pusieron en marcha distintos proyectos de investigación en plantas.

 

    Las plantas serían la alternativa ideal para la producción de biopolímeros, debido a la posibilidad de cultivarlas en grandes cantidades utilizando la fuente de energía más económica que existe: la luz solar. Además de esto, estas plantas producirían bioplásticos en grandes volúmenes, a partir de su propia fuente de nutrientes (como almidón y ácidos grasos), lo que reduciría significativamente los costos.

    Se han identificado los genes de las bacterias que llevan información para fabricar PHA y se han introducido en plantas de cultivo mediante distintas técnicas de ingeniería genética, lográndose así pequeñas cantidades de polímero.

    Sin embargo, para poder utilizar plantas para la producción de PHA es necesario solucionar una serie de problemas. Por ejemplo, el metabolismo vegetal está altamente compartimentalizado, lo cual complica la tarea, ya que es necesario que los genes pha se expresen en el compartimiento celular que contiene la mayor concentración de acetil-CoA, y al mismo tiempo impedir que se vea afectado el crecimiento de la planta.

 

 

A mediados de los años 80 un grupo de científicos logró aislar de la bacteria Ralstonia eutropha el gen responsable de la elaboración de PHA que dirige la conversión de azúcar en polímero. Años más tarde, unos científicos de la Universidad de Michigan, en colaboración con científicos de la Universidad James Madison, iniciaron la modificación genética de la planta Arabidopsis thaliana, a la que insertaron el gen aislado de la bacteria con la finalidad de que produjera el polímero. El resultado no fue tan alentador, ya que la planta produjo un PHA frágil y quebradizo. Actualmente, algunas empresas estadounidenses realizan investigaciones con el fin de producir plásticos en otras plantas como la papa, el frijol, el maíz y el betabel.

    Como acabamos de ver, los primeros intentos para producir PHA en plantas se realizaron en Arabidopsis thaliana, planta modelo utilizada en estudios de genética vegetal. También se tomaron los genes de la bacteria Alcaligenes eutrophus que producen PHB (polímero del tipo PHA) y se insertaron en la A. thaliana, que logró producir PHB, pero en muy bajas concentraciones.

    Posteriormente, los investigadores lograron aumentar 100 veces la concentración de PHB modificando un poco la estrategia de clonación: se logró producir plantas de A. thaliana que sintetizan PHB en los plástidos (estructura dentro de la célula donde la planta almacena almidón).

 

    De hecho, gracias a las técnicas de ingeniería genética es posible dirigir la síntesis de un compuesto hacia diferentes partes (frutos, flores, hojas o raíces) o diferentes estructuras celulares de la planta. En ese experimento, 14 por ciento del peso de la planta lo constituía el polímero PHB. Además se observó que las plantas productoras de PHB crecieron normalmente y que la producción de PHB no las afectó de ninguna otra manera (tales como contenido de clorofila, presencia de flores, etcétera).  

    Esos resultados demuestran la posibilidad de producir PHA en plantas en volúmenes atractivos para la industria, sin generar efectos nocivos en los vegetales. Las compañías Zéneca y Monsanto están actualmente experimentando con frijol de soya y colza (planta productora de aceite) para la producción de PHA. Una vez que se extrae, se puede utilizar para alimentar ganado. Los PHA no son tóxicos para los animales, pues se trata de compuestos que se encuentran de manera natural en muchos alimentos.

    Otra planta a la cual se le introdujeron los genes bacterianos que sintetizan PHB fue la del algodón. Como resultado se obtuvieron plantas que producen un novedoso tipo de fibra de algodón intercalada con moléculas de PHB. Esa novedosa fibra mostró mejores características aislantes que la normal: la absorción y pérdida de calor fue menor.

    Se realizaron otros ensayos en soja, canola, maíz, algodón, alfalfa y tabaco.. Se espera que en el futuro, una misma planta de colza pueda producir plástico, alimento y aceite

 

    Desafortunadamente, la producción de bioplásticos, como el PHA y el PLA aún es más cara que la obtención de los plásticos convencionales y por eso no se ha generalizado su uso. Pero los bajos precios de los plásticos tradicionales no reflejan su verdadero costo si se considera el impacto que tienen sobre el medio ambiente.

     Una parcela sembrada con plantas de papa que en lugar de producir almidón producen plástico: ¿realidad o ciencia ficción? Un campo agrícola sembrado con maíz que en vez de producir mazorcas comestibles producen plástico biodegradable transparente y resistente a la flama: ¿realidad o ciencia ficción?

 

 

 

    En 1994 la compañía Monsanto intentó producir un plástico más flexible utilizando el maíz. Haciendo uso de las herramientas de la ingeniería genética, los científicos introdujeron el gen aislado de la bacteria Ralstonia eutropha que produce el PHA en el material genético del maíz.

 

En este maíz transgénico, el polímero se produce y almacena en las hojas y el tallo, por lo que no debería afectar la producción de granos alimenticios. Así se puede tener una parcela de maíz que produzca al mismo tiempo alimento y PHA. El polímero elaborado por el maíz permite obtener plástico de mejor calidad, que podría usarse en la elaboración de utensilios como envases, platos, vasos y otros productos, que tendrían la característica de ser biodegradables.

 

Sin embargo, este método presenta un problema: durante el proceso de extracción y purificación del polímero se utilizan grandes cantidades de solventes químicos (como la acetona) e hidrocarburos que pueden ser recuperados y reutilizados, pero que exceden en cantidad a los empleados por la industria petroquímica que elabora plástico. Para solucionarlo, se busca un mecanismo que no requiera combustibles fósiles para extraer el PHA del maíz. Este mecanismo podría consistir en utilizar la materia vegetal sobrante de las cosechas para producir vapor o gas, que a su vez genere electricidad, la cual podría emplearse en la extracción de PHA de la planta.