Producción de biopolímeros

En el grupo POLYBIO, empleamos bacterias para producir distintos materiales que pueden ser usados en la fabricación de bioplásticos y otros productos bio-basados:

PHA: Los polihidroxialcanoatos (PHA) son poliésteres sintetizados por bacterias como reserva de carbono y energía, obtenidos a partir de fuentes renovables y biodegradables. Su capacidad para degradarse de forma natural los convierte en una alternativa sostenible a los plásticos convencionales derivados del petróleo, ya que, además, ofrecen propiedades similares. Además, destacan por ser el único bioplástico completamente sintetizado y degradado por bacterias, lo que refuerza su papel dentro de un modelo de economía circular microbiana con potencial para inspirar sistemas de producción y reciclaje más sostenibles. Sin embargo, uno de los principales desafíos en la producción de PHA es su elevado coste, derivado del precio de las materias primas utilizadas, del bioproceso en sí mismo, que requiere cultivos de alta densidad celular, y del proceso de extracción y purificación del polímero. En el grupo POLYBIO, trabajamos en la optimización de los procesos de producción de PHA, diseñando rutas metabólicas mediante herramientas de biología sintética y de sistemas, que permitan su síntesis de manera eficiente, sin depender de las limitaciones ambientales. Además, exploramos el uso de residuos como fuente de carbono, no solo para reducir costes, sino también para hacer del proceso una alternativa más sostenible y alineada con los principios de la economía circular.

Celulosa bacteriana: La celulosa, componente principal de la madera, se usa ampliamente en las industrias textil, papelera y de embalaje por su bajo coste y versatilidad. Sin embargo, su producción puede causar deforestación, pérdida de biodiversidad y contaminación química, lo que contribuye al cambio climático. Así, la celulosa obtenida por vía bacteriana (BC) presenta una alternativa sostenible al no generar gases de efecto invernadero ni corrientes residuales contaminantes en su ciclo de vida. En cuanto a la composición, la BC es idéntica a la celulosa de origen vegetal, aunque presenta diferencias significativas respecto a su conformación estructural. La BC destaca por su elevada pureza, así como su elevada cristalinidad y su alta porosidad y red de fibras ordenada. En el grupo POLYBIO trabajamos en el desarrollo de nuevas herramientas y estrategias biotecnológicas que nos permitan domesticar bacterias productoras de BC, principalmente Komagataeibacter spp., para el estudio y mejora de su biosíntesis.

Precursores de nuevos polímeros: Además de los polímeros producidos de manera natural por microorganismos, también son de especial interés los precursores de origen biológico que pueden ser empleados para síntesis química de polímeros. En el grupo POLYBIO, buscamos ampliar el portfolio de monómeros disponibles para el desarrollo de nuevos polímeros con propiedades de interés. Por un lado, podemos obtener R-3-hidroxiácidos procedentes de la despolimerización de PHA, que son de gran interés para la obtención de PHAs sintéticos y de otros productos de alto valor añadido gracias a su pureza enantiomérica. Por otro lado, las ceras bacterianas también pueden servir como punto de partida para la producción de ácidos dicarboxílicos de cadena larga (C16-C18), que pueden emplearse para la síntesis de polímeros químicamente reciclables con propiedades similares al polietileno, el plástico más utilizado. Con el fin de mejorar la producción biológica de estos precursores, estudiamos en profundidad el metabolismo de bacterias modelo productoras de PHA (Pseudomonas putida KT2440) y ésteres de cera (Acinetobacter baylyi ADP1). Al comprender los procesos de acumulación y utilización de estos compuestos de reserva de carbono, podemos modificar el metabolismo bacteriano para liberar R-3-hidroxiácidos y ácidos dicarboxílicos de cadena larga. Adicionalmente, el desarrollo de procesos de downstream sostenibles nos permite recuperar estos compuestos con alta pureza de manera respetuosa con el medio ambiente.

Publicaciones relevantes:

Prieto, A., Escapa, I. F., Martínez, V., Dinjaski, N., Herencias, C., de la Peña, F., ... & Revelles, O. (2016). A holistic view of polyhydroxyalkanoate metabolism in Pseudomonas putida. Environmental Microbiology, 18(2), 341-357.

Manoli, M. T., Gargantilla-Becerra, Á., del Cerro Sánchez, C., Rivero-Buceta, V., Prieto, M. A., & Nogales, J. (2024). A model-driven approach to upcycling recalcitrant feedstocks in Pseudomonas putida by decoupling PHA production from nutrient limitation. Cell Reports, 43(4).

Hernández‐Arriaga, A. M., Del Cerro, C., Urbina, L., Eceiza, A., Corcuera, M. A., Retegi, A., & Auxiliadora Prieto, M. (2019). Genome sequence and characterization of the bcs clusters for the production of nanocellulose from the low pH resistant strain Komagataeibacter medellinensis ID 13488. Microbial Biotechnology, 12(4), 620-632.