Alberto Flores Martín del Campo, Dr. Luis Felipe Muriel Millán y Dra. Liliana Pardo López

Te invito a que observes tu alrededor y prestes atención a cada una de las cosas materiales que te rodean, hay algo importante que comparten la mayoría de los útiles diarios: el material con el que están hechos. Desde la pluma con la que escribes, hasta el empaque del desayuno que comiste esta mañana son de algún tipo de plástico. Ahora queda preguntarse ¿Cuál es el destino final de todos aquellos productos que facilitan nuestra vida?

Los plásticos son moléculas muy grandes formadas por pequeñas unidades repetitivas que son llamadas monómeros. Dependiendo del tipo de monómero utilizado para construirlos es el tipo de plástico que se producirá, siendo los principales el polietileno de alta y baja densidad, el policloruro de vinilo (PVC), el tereftalato de polietileno (PET) y polipropileno, que sumados representan el 90.3% de los plásticos utilizados (1). Estos polímeros constituyen el principal material para fabricar desde empaques de productos comerciales, hasta para las piezas de automóviles.

Estos compuestos sintéticos se han posicionado como el material predilecto para desarrollar cualquier producto comercial. Desde la entrada de estos a principios del siglo pasado se ha sustituido el uso de materiales como el metal y el vidrio debido a que los plásticos tienen un bajo costo de producción, son duraderos y muy versátiles. Tan es así que un avión Boeing Dreamliner tiene 50% de su peso en plástico! Es tan impresionante el posicionamiento de los plásticos en la producción industrial, que superan la producción de cualquier otro material sintético en la historia; siendo a la fecha de un total de 8,300 millones de toneladas, producidas acumulativamente desde la introducción de este tipo de productos (2).

Lamentablemente, estas mismas ventajas son las que generan una problemática de preocupación mundial. Los desechos generados han alcanzado límites inimaginables, ya que, por su naturaleza sintética, se acumulan en vez de degradarse naturalmente. Del total de plásticos producidos, sólo se alcanza a reciclar un 9%, mientras que el 12% es incinerado y el 76% llevado a vertederos o liberado al ambiente (2). Es preocupante que el reciclaje no parezca una opción viable para utilizar los desechos plásticos, como lo es para el papel o el metal, con un 56% y hasta un 90% respectivamente (3). La posibilidad de sustituir estos compuestos por materiales plásticos biodegradables provenientes de fuentes sostenibles, es todo un reto, debido a su todavía bajo rendimiento en su producción, razón por la que actualmente representan un bajo porcentaje de producción respecto a la totalidad.

El plástico que termina desechado en el ambiente puede llegar a depositarse en dos sitios diferentes: en tierra y contaminando cuerpos de agua, siendo su destino final los océanos. Se calcula que el total de plástico depositado al año en este ecosistema rebasa los 8 millones de toneladas, lo que representa hasta el 90% de la basura encontrada en el mar (3, 5). Esta contaminación es ubicua y se ha considerado como un indicador de la permanencia de la actividad humana en un área determinada, siendo además, el ingrediente químico favorito del desarrollo humano.

El plástico tiene tanta permanencia en el ambiente marino, que incluso factores físicos y químicos naturales como los efectos oxidantes de la radiación ultravioleta, la temperatura y la interacción con el ambiente marino, no logran descomponer el plástico en su totalidad, generando pequeñas partículas (de tamaño menor a 5 mm), conocidas como microplásticos. Una amenaza mucho mayor al ecosistema se presenta cuando se genera este tipo de producto de degradación parcial, al tener un tamaño que permite su ingestión por organismos marinos y que serán transportados por las corrientes marinas a lugares tan lejanos como los polos terrestres. Los microplásticos se encuentran en la actualidad en prácticamente cualquier ambiente marino del globo.

Diversos factores bióticos y abióticos están cambiando en el ambiente marino debido a la presencia de microplásticos. Especies marinas invasoras se están desplazando a lo largo de grandes extensiones del océano debido a que son transportadas por las partículas de plástico donde son adsorbidas, lo que amenaza el equilibrio natural existente, ya que cambia la biodiversidad de ambientes bien delimitados. Este efecto es mejor observado en zonas con grandes “islas” de plásticos, como la encontrada en el océano Pacífico entre las islas de Hawai y las costas de EEUU -figura 1-, la cual tiene un tamaño equivalente mayor a la extensión superficial de México y donde las especies sésiles (aquellas fijas a un sustrato durante toda su vida) corren peligro. Es difícil cuantificar la cantidad de microplásticos que se encuentra en el fondo marino, pero se piensa que pueden llegar incluso a modificar las concentraciones de gases disueltos, afectando directamente a la fauna que se desarrolla a esta profundidad y que depende del delicado equilibrio de estos gases para sobrevivir.

Aunque aún no se conocen en su totalidad los efectos perjudiciales de la entrada de microplásticos a la cadena alimenticia, se ha elucidado que entre los más importantes se encuentra la capacidad de estas partículas para captar compuestos hidrofóbicos en su superficie, acumulándose en ellos y entrando en los organismos vivos que los consuman (incluidos los seres humanos).

Un importante efecto ambiental en el que se ha asociado la presencia de microplásticos, se deriva del hecho de que estos desprenden compuestos orgánicos persistentes al ambiente (POP’s por sus siglas en inglés). Estos compuestos han sido descritos por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos como un riesgo a la salud humana (4), incluso cuando son producidos en lugares lejanos de establecimientos humanos, ya que se introducen y acumulan en la cadena alimenticia, como se ilustra en la figura 2. Se tienen contabilizadas 267 especies marinas que han sido directamente afectadas por la presencia de microplásticos (5).

Debido a la evidente acumulación de estos compuestos en el ambiente, no es una opción viable esperar a que estos plásticos se degraden naturalmente . Por lo tanto queda en nuestras manos el buscar alternativas tecnológicas que permitan aportar soluciones a un problema que ya nos está afectando a todos.

La biotecnología se presenta como una alternativa que cuenta con herramientas potenciales para el tratamiento de sitios contaminados, sean en tierra firme o en cuerpos de agua. La biorremediación es la rama de la biotecnología que, a partir de técnicas que combinan mecanismos biológicos, químicos y físicos, logra cambiar el estado de ecosistemas contaminados de una forma limpia y escalable.

Se han identificado microorganismos que tienen la capacidad de degradar plásticos y utilizarlos como fuente de nutrientes, siendo una alternativa para la biodegradación de los plásticos que permita restaurar los ecosistemas contaminados. Pese a esto, los procesos de biodegradación de plásticos son lentos y en algunos casos no llegan a ser complemente efectivos. Por otra parte, estos procesos son generalmente desarrollados para ambientes terrestres, por lo que transferir a las condiciones marinas los procesos de biorremediación, presenta un enorme reto.

Entre las capacidades de degradación que se han encontrado, existe una gran variedad de plásticos que tienen uno o varios organismos capaces de hacerles frente. Esto incluye al polietileno que forma la gran cantidad de bolsas plásticas utilizadas, hasta el PVC, compuesto que encontramos en las botellas de plástico e incluso en las tuberías que están instaladas en nuestros hogares. Microorganismos que destacan como degradadores de plástico pertenecen a diversas especies de Pseudomonas (chlororaphis, aeruginosa, fluorescens y stutzeri). También bacterias de otros géneros como Idionella sakaiensis, Streptomyces badius, Streptomyces setonii, Rhodococcus ruber, Comamonas acidovorans, Clostridium thermocellum y Butyrivibrio fibrisolvens; y hongos tales como Aspergillus niger, Aspergillus flavus, Fusarium lini, Pycnoporus cinnabarinus y Mucor rouxii, son las principales especies de degradadores fúngicos (6).

Se ha llegado a identificar el mecanismo enzimático por el cual algunas especies logran degradar polímeros como el PET que permiten la conversión total del compuesto hasta dióxido de carbono, algo que en biorremediación es muy deseable, ya que la descomposición parcial de algunos plásticos tiene riesgos considerables al crear compuestos orgánicos que siguen persistiendo en el ambiente.

Es necesaria la búsqueda y caracterización de nuevos microorganismos con capacidades metabólicas que permitan mejorar la eficiencia en la degradación de este tipo de compuestos recalcitrantes y que además resistan las condiciones extremas de salinidad, temperatura y nivel de acidez (pH) del océano, para así contribuir a la generación de bioprocesos para la degradación de plásticos mediante procesos amigables con el ambiente. Los océanos representan el 71% de la superficie del planeta, por lo que buscar en ellos actividades biológicas (microorganismos) capaces de degradar los diferentes tipos de plásticos, es una estrategia para aprovechar el potencial biotecnológico que existe en nuestro planeta. Este potencial se ha generado gracias a millones de años de evolución, en un ambiente que aún tiene para otorgarnos una inmensa cantidad soluciones a los problemas que hemos generado.

En el Instituto de Biotecnología de la UNAM, el Consorcio de Investigación del Golfo de México (CIGoM) atiende la necesidad de identificar y caracterizar los mecanismos con los que suceden eventos de degradación de compuestos contaminantes en el Golfo de México, la exploración de este ecosistema es de gran importancia ya que es una fuente importante de recursos bióticos de la nación. Actualmente se trabaja con la degradación de hidrocarburos y poliuretano, de esta forma se obtienen herramientas con vistas a ser utilizadas en procesos de remediación.

Referencias

1. Puri, N., Kumar, B., & Tyagi, H. (2013), Utilization of Recycled Wastes as Ingredients in Concrete Mix. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, 2(2), 74–78.

2. Geyer, R., Jambeck, J. R., & Law, K. L. (2017), Production, use, and fate of all plastics ever made. Science Advances, 3(7), e1700782. https://doi. org/10.1126/sciadv.1700782

3. Ellen MacArthur Foundation. (2016), The New Plastics Economy: Rethinking the future of plastics. Ellen MacArthur Foundation, (January), 120. https://doi.org/10.1103/ Physrevb.74.035409

4. US EPA, O. (n.d.). Persistent Organic Pollutants: A Global Issue, A Global Response. Retrieved from https:// www.epa.gov/internationalcooperation/persistent-organicpollutants-global-issue-globalresponse#top

5. Moore, C. J. (2008), Synthetic polymers in the marine environment: A rapidly increasing, longterm threat. Environmental Research, 108(2), 131–139. https://doi.org/10.1016/j. envres.2008.07.025

6. Pathak, V. M., & Navneet. (2017), Review on the current status of polymer degradation: a microbial approach. Bioresources and Bioprocessing, 4(1), 15. https:// doi.org/10.1186/s40643-017- 0145-9

Fuente: Revista Biotecnología en Movimiento