Reescribiendo el genoma de Escherichia coli: una nueva estrategia para combatir los nanoplásticos
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Redacción HC
La contaminación por plásticos se ha convertido en una de las crisis ambientales más persistentes del siglo XXI. Entre los más problemáticos se encuentran los micro y nanoplásticos derivados del tereftalato de polietileno (PET), un material omnipresente en envases y textiles. Estos fragmentos, imposibles de recolectar con métodos convencionales, se acumulan en ecosistemas y cadenas alimentarias, con riesgos aún poco comprendidos para la salud humana y la biodiversidad.
Un estudio internacional publicado en Trends in Biotechnology propone una solución innovadora: reprogramar el genoma de la bacteria Escherichia coli mediante herramientas computacionales y de edición genética para que adquiera la capacidad de degradar nanoplásticos de PET (nPET) y convertir sus residuos en compuestos de valor. Este enfoque representa un avance conceptual en biotecnología, al evitar la incorporación de ADN foráneo y aprovechar, en cambio, el propio repertorio genético de la célula.
El desafío de los nanoplásticos
El PET es uno de los plásticos más producidos a nivel mundial, y su fragmentación genera residuos diminutos que persisten en el ambiente durante décadas. La dificultad para recolectar estos fragmentos hace que su degradación biotecnológica sea vista como una alternativa prometedora. Sin embargo, la mayoría de las investigaciones previas se han centrado en introducir genes de bacterias especializadas en huéspedes como Escherichia coli, lo que plantea barreras regulatorias y de bioseguridad.
La pregunta que guía este nuevo estudio es: ¿es posible rediseñar las proteínas nativas de Escherichia coli para que adquieran actividad degradadora de PET sin añadir genes externos?
Una estrategia basada en computación y edición genómica
El equipo de investigación desarrolló un flujo de trabajo en cuatro fases:
- Cribado computacional: identificación de proteínas de Escherichia coli con potencial estructural para ser modificadas y adquirir actividad tipo PETasa.
- Diseño in silico: simulación de mutaciones para optimizar la unión y catálisis sobre fragmentos de PET/nPET.
- Edición genómica (CRISPR/Cas9): reemplazo de genes nativos por versiones diseñadas sin introducir ADN foráneo.
- Validación experimental: ensayos bioquímicos y microbiológicos para comprobar la degradación de PET y la capacidad de la bacteria de usar sus productos como fuente de carbono.
Resultados: de degradar plástico a generar valor
El caso de estudio más destacado fue la modificación de la proteína LsrB, originalmente involucrada en transporte periplásmico. Tras introducir mutaciones diseñadas, esta proteína mostró capacidad para degradar polvo de PET y nanoplásticos a temperaturas de entre 37 °C y 60 °C, incluyendo variantes efectivas a 37 °C, condición clave para aplicaciones industriales.
Además, la cepa modificada no solo degradó PET, sino que también fue capaz de aprovechar los productos de la hidrólisis para sintetizar compuestos de interés biotecnológico. Este doble efecto —biodegradación y upcycling— refuerza el potencial del enfoque en el marco de la economía circular.
Aunque la eficiencia catalítica sigue siendo inferior a la de PETasas nativas de otras bacterias, el valor del estudio radica en demostrar la viabilidad de reescribir funciones genómicas existentes para resolver problemas ambientales complejos.
Implicaciones para la bioeconomía y la regulación
El uso de Escherichia coli reprogramada podría aplicarse en entornos controlados como biorrefinerías, donde los residuos plásticos se transformarían en productos valiosos en lugar de acumularse en vertederos o ecosistemas. Al no incorporar genes exógenos, esta estrategia podría encontrar menos resistencia en evaluaciones regulatorias y en la opinión pública.
No obstante, los autores señalan la necesidad de salvaguardas estrictas, como sistemas de contención biológica (kill-switches) y evaluaciones de transferencia horizontal de genes, para minimizar riesgos en aplicaciones industriales.
En América Latina, donde la gestión de residuos plásticos es un reto urgente, este enfoque podría integrarse en plantas de valorización locales, reduciendo la dependencia de exportaciones de residuos y fomentando economías circulares regionales.
Próximos pasos de la investigación
- Optimizar la actividad enzimática mediante evolución dirigida.
- Escalar el proceso a biorreactores industriales.
- Evaluar el desempeño en mezclas reales de residuos plásticos.
- Realizar análisis de ciclo de vida para medir el impacto ambiental neto.
La investigación también subraya la necesidad de marcos regulatorios específicos para microorganismos reprogramados sin inserción de genes externos, un terreno aún poco explorado en biotecnología.
Conclusión
Reescribir el genoma de Escherichia coli para convertirlo en una máquina capaz de degradar y valorizar plásticos es una demostración de cómo la biotecnología puede abrir nuevas vías hacia la sostenibilidad. Aunque aún en fase experimental, la estrategia ofrece un horizonte prometedor en la lucha contra los nanoplásticos y en la construcción de una economía circular más robusta.
El futuro dependerá de la capacidad de mejorar la eficiencia del sistema, escalarlo industrialmente y garantizar su seguridad. Como señalan los investigadores, la clave está en equilibrar innovación, bioseguridad y regulación.
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TecnologíaReferencia: Vidal, P., Giménez-Dejoz, J., Fernandez-Lopez, L., Romero, S., Nazemi, S. A., Luengo, M., González-Alfonso, J. L., Martínez-Sugrañes, M., Robles-Martín, A., Almendral, D., Roda, S., Pérez-García, P., Kruse, L., Jaeger, K. E., Streit, W. R., Plou, F. J., Floor, M., Shahgaldian, P., Bargiela, R., ... Ferrer, M. (2025). Computationally guided genome rewiring of Escherichia coli and its application for nanopolyethylene terephthalate (PET) biodegradation and upcycling. Trends in Biotechnology. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2025.07.008
