Plástico verde de bacterias moradas

Los bioplásticos fabricados a partir de polímeros naturales pueden reemplazar a los plásticos derivados del petróleo, ayudándonos a mantener los plásticos no biodegradables fuera de los vertederos y vías fluviales. Pero hay un problema: los bioplásticos más prometedores (los polihidroxialcanoatos o PHA) se obtienen mediante procesos de producción de bajo rendimiento y alto costo.

Para solucionar este problema, los científicos de la Universidad de Washington en St. Louis decidieron examinar de nuevo las bacterias productoras de PHA. Los científicos han descubierto que una especie relativamente oscura de bacteria violeta tiene un potencial sin explotar. Además, los científicos han demostrado que, al menos para una especie de bacteria violeta, este potencial puede realizarse con un poco de ayuda de la ingeniería genética.

Los científicos presentaron recientemente su trabajo en dos artículos. Uno de ellos apareció en la revista Microbial Biotechnology, en un artículo titulado “Bacterias púrpuras fotosintéticas sin azufre rodomicrobio especies Son nuevas estructuras para la producción de bioplásticos“Y apareció el otro Microbiología aplicada y ambiental.En un artículo titulado «Sobreexpresión de los genes RuBisCO modelo I y II en Rhodopseudomonas palustris TIE-1 promueve la producción de polihidroxialcanoato heterótrofo y autótrofo“.”

«[We] Se evaluó la producción de PHA por bacterias de azufre no fotosintéticas de color púrpura (PNSB). Rhodomicrobium vanilli y Rhodomicrobium udaiporens«Demostramos que ambas especies acumulan PHA en condiciones de crecimiento fotoheterotróficas, fotoheterotróficas, fotoheterotróficas y fotoelectroheterotróficas, con cloruro de amonio o gas dinitrógeno como fuente de nitrógeno», informaron los científicos en el primer artículo.

Los científicos también describieron cómo se puede aumentar la producción de PHA por parte de las bacterias moradas controlando las condiciones de crecimiento.

En el segundo artículo, los científicos se centraron en una bacteria de color púrpura llamada Rhodopseudomonas palustris TIE-1, demostraron cómo se podría aplicar la ingeniería genética para aumentar la producción de PHA de las bacterias: “[Genes] “Se eliminaron los genes que codifican la supuesta proteína reguladora PhaR y la proteína despolimerasa PhaZ de la vía de síntesis del polihidroxialcanoato (PHA). Además, se eliminaron los genes asociados con vías que podrían competir con la producción de PHA, particularmente aquellos asociados con la producción de glucógeno y la fijación de nitrógeno. , los genes RuBisCO se fusionaron Tipo I y II en el genoma TIE-1 mediante el sistema de integración bacteriana”.

Los científicos observaron que la producción de PHA era mayor cuando los genes RuBisCO forma I y formas I y II estaban sobreexpresados.

Ambos estudios provinieron del laboratorio de la Dra. Arpita Bose, profesora asistente de biología. Los miembros de su laboratorio, el estudiante graduado Eric Conners y la supervisora ​​del laboratorio de investigación Tahina Ranaivoriswa, fueron los autores principales del primer y segundo estudio, respectivamente.

«Existe una enorme demanda mundial de bioplásticos y se pueden producir sin añadir dióxido de carbono», afirmó Boss.₂ «Estos materiales se biodegradan completamente en la atmósfera. Estos dos estudios demuestran la importancia de múltiples enfoques para encontrar nuevas formas de producir este valioso material».

Las bacterias moradas son un grupo especial de microbios acuáticos conocidos por su adaptabilidad y capacidad para crear compuestos beneficiosos a partir de ingredientes simples. Al igual que las plantas verdes y algunas otras bacterias, pueden convertir el dióxido de carbono en alimento utilizando la energía del sol. Pero en lugar de clorofila verde, utilizan otros pigmentos para capturar la luz solar.

Las bacterias producen naturalmente ácidos polihidroxilicos y otros componentes de los bioplásticos para almacenar el exceso de carbono. En las condiciones adecuadas, pueden seguir produciendo estos polímeros indefinidamente.

rodomicrobio Las bacterias tienen propiedades inusuales que las convierten en candidatos interesantes como fábricas naturales de bioplásticos. «Esta es una bacteria única que se ve muy diferente de otras bacterias moradas», dijo Conners. Mientras que algunas especies flotan en cultivos como células individuales, este género en particular forma redes interconectadas que parecen particularmente bien equipadas para producir PHA.

Otros tipos de bacterias también pueden producir polímeros bioplásticos con algo de ayuda. «TIE-1 es un gran organismo para estudiar, pero históricamente no ha sido el mejor en producir PHA», dijo Ranaivoriswa.

Varias modificaciones genéticas han ayudado a impulsar la producción de PHA, pero un enfoque ha resultado particularmente exitoso. Los investigadores obtuvieron resultados impresionantes cuando introdujeron un gen que aumenta la enzima natural RuBisCO, el catalizador que ayuda a las plantas y bacterias a capturar carbono del aire y el agua. Con la ayuda de la enzima sobrealimentada, las bacterias normalmente lentas resultaron ser productoras de PHA relativamente poderosas. Los investigadores son optimistas de que se pueda aplicar un enfoque similar a otras bacterias que puedan producir niveles más altos de bioplástico.

En un futuro próximo, Bose planea examinar más de cerca la calidad y los usos de los polímeros producidos en su laboratorio: «Esperamos que estos bioplásticos produzcan soluciones reales en el futuro».