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Microbiología

Las bacterias del bien

Enzimas degradan proteínas y botellas PET y pueden tener nuevos usos industriales

Si bien son útiles y están presentes en nuestro cotidiano, los envases PET, que se usan para agua y refrescos, provocan un serio problema ambiental. Todos los años, más del 50% de la producción nacional, estimada en alrededor de 380 mil toneladas, es depositado en basureros donde basurales durante años y años hasta su completa descomposición. El resto es aprovechado en procesos variados de reciclaje, resultando en otros productos tales como sogas, alfombras y piezas de artesanía. Una buena noticia proveniente de Japón señala que, dentro de poco tiempo, será realidad una nueva forma de degradación de esos envases por una vía microbiológica. Estudios en ese sentido, llevados a cabo por el investigador Kohei Oda, profesor emérito del Instituto Tecnológico de Kyoto, Japón, y uno de los precursores del descubrimiento en la década de 1970 de un inhibidor de la proteasa, un tipo de proteína con la función de romper otras proteínas para activarlas o desactivarlas conocido como pepstatina, que años después, sirvió para inhibir una enzima proteolítica (formada por proteasa) del VIH. Oda consiguió que envases PET, un polímero fabricado a partir de la resina poli (tereftalato de etileno), fuesen degradados en tan sólo ocho semanas por un consorcio de bacterias y, en la mitad de ese tiempo, por una bacteria específica aislada de ese consorcio. Estos microorganismos, que no son patogénicos, secretan al medio externo una variedad de enzimas que descomponen el polímero. Las características de las bacterias y de las enzimas responsables por la rápida degradación son guardadas en secreto por fuerza de contrato con el Instituto de Tecnología de Kyoto.

“La degradación microbiana ofrece la posibilidad de recuperar locales donde los evases están enterrados o acumulados a lo largo de los años y es una alternativa capaz de competir, en nivel económico, con la degradación química”, dice Oda. Él estuvo en São Paulo, entre abril y octubre de este año, como profesor visitante en la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp) y ofreció conferencias y reuniones en otros institutos de investigación paulistas. Las bacterias identificadas por él en basureros en el Japón metabolizan poliésteres, tales como el PET. Los poliésteres son polímeros cuyas uniones químicas resultan de la unión de un ácido con un alcohol. Esas uniones, llamadas ésteres, se pueden deshacer por tratamiento ácido o aún por medio de enzimas. “Si la degradación ocurre por medio de un grupo de bacterias o por una única bacteria, son producidas enzimas, las proteasa o proteolíticas, que hidrolizan – rompen la unión en presencia de agua – las uniones ésteres y después degradan los monómeros, que son las unidades que componen los plásticos, formando dióxido de carbono y agua”, explica Luiz Juliano, profesor del Departamento de Biofísica de la Unifesp.

El mayor desafío para hacer comercialmente factible el proceso descubierto por el microbiólogo japonés – ya existen conversaciones con algunas empresas del Japón – es resolver la rotura de la cristalinidad del PET, sin la cual las bacterias no consiguen hacer la descomposición de los embalajes. Cuando el poli (tereftalato de etileno) es procesado para formar las botellas, él adquiere una consistencia cristalina que impide cualquier interacción de las paredes de la botella con el agua. Esa propiedad es benéfica, porque permite el uso del embalaje PET en la preservación y en el acondicionamiento de bebidas, pero, al mismo tiempo, dificulta su degradación. Según Oda, la salida para romper la estructura cristalina del PET es someterlo a un calentamiento de 260° Celsius (C) en autoclaves o por ésteres más expuestas a la hidrólisis, tornando posible el proceso de descomposición.

Múltiples aplicaciones
El uso de microorganismos para la degradación de productos que poluen el ambiente – un proceso conocido como biorremediación – es solamente una de las áreas de la microbiología aplicada. Ese ramo de la ciencia tiende a la prospección y utilización de microorganismos que produzcan enzimas o otras sustancias para su uso en los más diversos ramos de actividad, como en la medicina, en la industria alimenticia, de curtimiento, cosmética, de tejeduría, de azúcar y de alcohol y de papel y celulosa, entre otros. Hoy, uno de los focos de la microbiología es la fermentación de azúcares para bio-combustibles. “Brasil también tiene contribuciones en microbiología de patologías humanas, como la enfermedad de Chagas, leishmaniasos, tuberculosis y dengue, pero, por su biodiversidad, ofrece muchas posibilidades para el avance de la microbiología en otras áreas”, afirma Juliano. “Brasil está despertando para ese potencial”, dice el investigador brasileño, coordinador de un proyecto temático sobre el tema, que tiene el objetivo de identificar enzimas de humanos, hongos, bacterias y venenos de animales con alguna utilidad industrial o farmacológica. Él señala el trabajo de la profesora Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli, del Departamento de Biología de la Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de Ribeirão Preto de la Universidad de São Paulo (USP). Ella aisló de compuestos de champignon una variedad de hongo, el Rhisopus microsporus, que se mostró un excelente productor de amilasa. Esa enzima es usada en la producción de edulcorantes, sirope de glucosa para las industrias de cerveza y de medicamentos. Lo más interesante es que esos hongos crecen en soportes sólidos muy baratos como sabuco de maíz y bagazo de caña y a temperaturas arriba de 45°C, facilitando la producción industrial.

Uno de los trabajos del grupo de Juliano está relacionado con la enfermedad celíaca, caracterizada por la intolerancia de las personas al gluten. Ese problema es consecuencia de que el gluten tiene una proteína denominada gliadina, que es muy rica en prolina, uno de los 20 aminoácidos naturales que componen las proteínas. Eso hace a la gliadina poco susceptible a la digestión, dificultando la hidrólisis por las enzimas digestivas del estómago y del intestino. Los fragmentos de esa proteína no digeridos pueden ser absorbidos y desarrollar en muchas personas (en una proporción de 1 para 200, en los países occidentales) un cuadro clínico de intolerancia. “Estamos sintetizando centenas de sustratos peptídicos (fragmentos de proteínas) conteniendo prolina para examinar lãs enzimas proteólicas con preferencia por prolina. Eso nos permitirá buscar proteasa de alta eficiencia en la degradación de los fragmentos de gliadina”, dice el investigador de la Unifesp. El objetivo final del proyecto, por lo tanto, es descubrir enzimas que puedan ser usadas en el tratamiento de gluten o administradas, en la forma de cápsulas, en pacientes que sufren de intolerancia al producto.

Otro proyecto importante que cuenta con la participación del grupo de la Unifesp tiene como foco una enzima proteolítica aislada de bacterias que crecen en fermentados de pescado en Tailandia. Esa investigación cuenta con la colaboración del profesor Oda y de científicos tailandeses. ¿Y cuál es la importancia de esa enzima? “La fermentación de sardinas es hecha en altísimas concentraciones de sal de cocina, sustrato donde viven las bacterias”, responde Juliano. “Las proteasas secretadas por esas bacterias también operan en altas concentraciones salinas, superiores a 20%. Y la industria requiere enzimas de ese tipo, que soporten la salinidad y temperaturas altas”, destaca. Brasil tiene plantas que crecen al borde de salinas y el investigador João Lúcio de Azevedo, de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq), de la Universidad de São Paulo (USP), ya hizo señas con la posibilidad de bacterias endofíticas (que viven en el interior de tejidos vegetales) de esas plantas expresen proteasis que operen en alta concentración de sal.  Para encontrar microorganismos como los que actúan en la fermentación de sardinas o que tengan otras aplicaciones médicas, biológicas o industriales, los investigadores hacen un verdadero trabajo de detective. Ellos van al campo e investigan diferentes ambientes en busca de esos seres microscópicos.

Riqueza animal
La prospección de microorganismos fue uno de los motivos de la visita que Luiz Juliano y Kohei Oda hicieron a la Fundación Parque Zoológico de São Paulo en octubre pasado. Hace poco tiempo, Oda consiguió aislar en heces fecales de animales de zoológicos del Japón cerca de 500 cepas de bacterias que tienen en común la producción de ácido láctico o ácido acético. En general, esas bacterias no son patogénicas ni tóxicas y pueden producir enzimas u otras sustancias de interés biológico.

Juliano cree que material igualmente rico, diverso y abundante pueda ser encontrado en el zoo paulistano, donde las heces fecales de los animales son mezcladas con cavacos de madera y otros restos de vegetación y son compostados. “En el proceso de compostura, la temperatura llega a 70°C. Podemos encontrar hongos y bacterias creciendo en condiciones extremas de temperatura”, dice él. “Creo que tenemos una oportunidad de prospectar una variedad inmensa de microorganismos venidos de diferentes especies de animales.” Todo eso sin necesitar tocar o importunar a los animales.

Además del zoológico, Juliano y Oda visitaron otras instituciones de investigación en microbiología de la capital e interior paulista para proponer el establecimiento de una red de cooperación en el área, como la USP de Ribeirão Preto, Universidad Estadual Paulista de São José del Río Preto y de Río Claro, y la Universidad Estadual de Campinas, y de la unidad de la Unifesp en Diadema. La asociación de los grupos de investigación del profesor Juliano y del profesor Oda incrementará los estudios de las proteasa ya descubiertas y, al mismo tiempo, será una oportunidad para la diseminación, también para otros grupos interesados, en las experiencias en prospección de microorganismos de uso práctico. “Queremos también ofrecer nuestra contribución en el área de enzimas proteolíticas, haciendo disponible la plataforma de estudio de las proteasa que nuestro grupo montó en los últimos 27 años”, cuenta Juliano.

Los Proyectos
1. Sustratos e inhibidores peptídicos para enzimas proteolíticas
Modalidad
Proyecto Temático
Coordinador
Luiz Juliano Neto – Unifesp
Inversión
376.320,26 reales
111.757,59 dólares (FAPESP)

2. Kohei Oda, Kyoto Institute of Technology, Japão
Modalidad
Auxilio a la venida del Investigador Visitante
Coordinador
Luiz Juliano Neto – Unifesp
Inversión
41.193,00 reales (FAPESP)

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