El plástico es uno de los inventos más útiles de la humanidad… y al mismo tiempo uno de los más problemáticos. Está en todas partes: botellas, ropa, envases, aparatos electrónicos… El problema es que muchos de estos plásticos, como el PET (polietileno tereftalato), son muy difíciles de degradar. Pueden tardar cientos de años en descomponerse y, mientras tanto, se acumulan en el medio ambiente, contaminando ríos, mares y suelos.

La naturaleza suele tener recursos para degradar casi todo tipo de moléculas, pero necesita tiempo para adaptarse a compuestos nuevos como los que nosotros fabricamos. Normalmente lo hace mediante mutaciones que permiten a ciertos microorganismos obtener ventaja evolutiva degradando esas sustancias. De hecho, ya se conocen algunas bacterias capaces de descomponer plásticos, pero el proceso es tan lento que resulta inútil frente al enorme volumen que producimos cada día.

El problema de estas especies naturales es que serían necesarias en cantidades gigantescas y, además, suelen ser raras y difíciles de cultivar, lo que limita su uso industrial. Sin embargo, el camino que ha seguido la naturaleza inspiró a científicos del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, en colaboración con el Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación, para crear nuevas cepas que puedan ayudarnos a resolver el problema.

Hoy, Manuel Ferrer Martínez, investigador del CSIC en el ICP y nuestro invitado en Hablando con Científicos, explica cómo han abierto un camino para “convencer” a bacterias habituales de laboratorio, como Escherichia coli, de que aprendan a degradar PET sin necesidad de implantar genes extraños procedentes de otras especies. En su lugar, favorecieron mutaciones en sus propios genes, similares a las que ocurrirían de manera natural. Para lograrlo ha sido necesaria la participación de expertos en supercomputación, inteligencia artificial, biotecnología y la técnica de edición genética CRISPR/Cas9.

A esta estrategia la han llamado “GenRewire”: (del inglés genome rewiring, o “reconexión del genoma”). Es una auténtica demostración de hasta dónde puede llegar la biología sintética.

La bacteria E. coli es una de las más conocidas y utilizadas en los laboratorios de todo el mundo. Se cultiva fácilmente, crece rápido y sus mecanismos genéticos están muy estudiados. Desde hace décadas se emplea como “fábrica” para producir medicamentos, enzimas industriales y todo tipo de moléculas útiles.

El problema es que, por sí sola, E. coli no sabe degradar plásticos como el PET. Sus enzimas naturales no están diseñadas para esa tarea. Hasta ahora, la manera de “enseñarle” consistía en introducirle genes de otras bacterias que sí producen PETasas, convirtiéndola en un organismo transgénico. Ese método tiene varios inconvenientes: por un lado, la inclusión de genes exógenos puede afectar negativamente a la bacteria; por otro, el uso de transgénicos tiene limitaciones legales importantes, al menos en Europa.

GenRewire propone un camino alternativo: aprovechar proteínas que ya existen en E. coli y modificar unas pocas de ellas para que adquieran nuevas funciones. De este modo, la bacteria conserva su propio gen, ligeramente mutado, como sucedería en un proceso natural de evolución.

Dicho así parece sencillo, pero no lo es. Como comenta Manuel Ferrer en la entrevista, los investigadores tuvieron que analizar todas las proteínas de E. coli para encontrar posibles candidatas a transformarse en enzimas capaces de atacar el PET. Usaron inteligencia artificial y simulaciones moleculares en superordenadores para localizar las zonas de las proteínas que podían interactuar con fragmentos del plástico. Una vez identificados los lugares idóneos, insertaron tres aminoácidos clave capaces de romper los enlaces químicos del PET, sin interferir con la actividad original de la proteína. Confirmadas las mejores opciones, procedieron a editar el genoma con CRISPR/Cas9, incorporando las mutaciones necesarias para que la célula fabricara la proteína modificada. Cuando el gen original fue reemplazado por el nuevo, cultivaron estas bacterias con nanopartículas de PET (nPET) y comprobaron que efectivamente podían degradarlas.

Los experimentos demostraron que las bacterias reprogramadas degradaban partículas de PET y producían los subproductos típicos de esta degradación: ácido tereftálico (T) y etilenglicol (E).

Este trabajo es solo una prueba de concepto. Lo importante no es la velocidad del proceso, sino la idea: por primera vez, una bacteria común ha sido reprogramada para degradar plástico usando exclusivamente sus propios recursos genéticos.

Esto abre la puerta a algo revolucionario: si podemos rediseñar las proteínas internas de un microorganismo con ayuda de la computación y CRISPR, entonces podremos crear bacterias “a la carta” para muchos otros procesos, no solo para limpiar plásticos. Podrían servir para descontaminar metales pesados, producir biocombustibles o reciclar materiales complejos.

Aunque queda camino por recorrer, el estudio demuestra que es posible convertir a E. coli en una especie de “reciclador universal”. No se trata solo de eliminar plásticos, sino de transformarlos en recursos. Imagina fábricas de bacterias que convierten montañas de residuos en materias primas para la industria, de manera barata y sostenible.

Este trabajo es un ejemplo claro de cómo la biología, la informática y la ingeniería se están uniendo para resolver problemas globales. En un mundo que produce millones de toneladas de plásticos cada año, esta podría ser una de las herramientas más prometedoras para lograr un futuro más limpio y sostenible.

Os invitamos a escuchar a Manuel Ferrer Martínez, Investigador Científico del CSIC en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, catedrático de Universidad y jefe del Systems Biotechnology group

Referencias:

Paula Vidal, Joan Giménez-Dejoz, Laura Fernández-López, Sonia Romero, Seyed Amirabbas Nazemi, Miguel Luengo, José L. González-Alfonso, Mireia Martínez-Sugrañes, Ana Robles Martín, David Almendral, Sergi Roda, Pablo Pérez-García, Luzie Kruse, Karl-Erich Jaeger, Wolfgang R. Streit, Francisco J. Plou, Martín Piso, Patrick Shahgaldian, Rafael Bargiela, Víctor Guallar, Manuel Ferrer. “Computationally guided genome rewiring of Escherichia coli and its application for nanopolyethylene terephthalate (PET) biodegradation and upcycling”: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2025.07.008. Trends in Biotechnology. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2025.07.008