Competencia IGEM 2015

La competencia iGEM (International Genetically Engineered Machine) es un reconocido concurso internacional de biología sintética donde los participantes aplican los principios de la ingeniería en el diseño genético de organismos para encontrar soluciones a distintas problemáticas que afectan a la sociedad, en áreas como saludigem, alimentación, manufactura, energía, medioambiente, etc.

La competencia se lleva a cabo anualmente en Boston, EE.UU, con el objetivo de promover el avance de la ciencia y la educación mediante el desarrollo de una comunidad abierta de estudiantes y profesionales. Por este motivo, iGEM más que una competencia, se ha convertido en una gran plataforma educativa y de innovación, logrando el desarrollo integral de distintas competencias profesionales muy valiosas para los participantes.

Como Grupo Organizado OpenBio-UChile, participamos de la versión 2015 con el equipo iGEM UChile-OpenBio, presentando la propuesta de un sistema biológico bacteriano para producir de manera regulable un plástico biodegradable, el Ácido Poliláctico (PLA, siglas en inglés). Para ver detalles de la propuesta puedes revisar la sección 4 y 5 mostrada más abajo.

1. El Equipo

El equipo iGEM UChile-OpenBio estuvo compuesto por 10 estudiantes y 1 egresada de Diseño Industrial. Además, el equipo lo integraron los académicos Ph.D. Álvaro Olivera y Ph.D. Juan Asenjo y la Periodista y Licenciada en Comunicación Social Sra. Noemí Miranda del CeBiB para formar el 1er equipo iGEM que participó en representación de la de la Universidad de Chile.

Equipo iGEM 2015 UChile-OpenBio

Equipo iGEM 2015 UChile-OpenBio

2. Auspiciadores

Durante el proceso contamos con el apoyo de diversas instituciones mediante donaciones o cartas de interés. Adicionalmente, más de 50 personas nos colaboraron en nuestra exitosa campaña de crowdfunding en la plataforma Fondeadora (puedes revisar el video de la campaña aquí)

Donaciones:

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Cartas de interés:

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¡Muchas gracias a todos!

3. Medios

Con el proyecto logramos repercusión en distintos medios, en gran medida gracias a la colaboración de Noemí Miranda:

4. Contexto del Proyecto

4.1 ¿Por qué producir PLA?

Figura 1 – Desechos plásticos contaminando el ambiente marino. Fotografía extraída de <http://cuidandomimundo.com>

Anualmente, a nivel mundial se producen cerca de 90 millones de toneladas de plástico desechable, como el polietileno y el poliestireno, tardando de 500 a 1000 años en degradarse (Garlotta et al, 2002 y Solórzano, 2013). Un 10% de la producción termina en los océanos matando cada año aves, ballenas, delfines y todo tipo de peces (Garlotta, 2001). Además, se fomenta la explotación de los combustibles fósiles, grandes responsables de la crisis ambiental en la que se encuentra actualmente nuestro planeta (Clowney and Mosto, 2009).

 4.2 ¿Por qué es interesante el PLA?

El PLA es un polímero termoplástico, biodegradable y biorreabsorbible producido a partir de secuencias repetidas de ácido láctico (o lactato), tardando entre 1 a 2 años en ser degradado una vez desechado (Serna et al, 2003). Posee distintas propiedades físicas y mecánicas, que dependen de la composición, peso molecular y la cristalinidad. Por ejemplo, su fuerza de tensión es comparable a la del poliestireno, polipropileno y polietileno, puede ser tan duro como el acrílico o tan blando como el polietileno, rígido como el poliestireno o flexible como un elastómero. Además, su barrera al agua y al CO2 es bastante buena. (Serna et al, 2003).

Su valor en el mercado varía según el grado de pureza del polímero. Actualmente, el PLA es altamente cotizado en distintas industrias tales como (Serna et al, 2003):

PolylacticAcid-PLA-Plastic

Figura 2 – Rollos de PLA usados en impresoras 3D – sacado de <http://diamondage.co.nz/about-diamond-age-solutions-ltd/filament/>

  • Industria textil, en donde permite formar tejidos con resistencia a los rayos UV.
  • Industria de la impresión en 3D, donde sus características lo hacen uno de los plásticos más utilizados, en especial en la impresión doméstica.
  • Industria alimenticia, donde sus características de barrera de olor y sabor lo hace un sustituto ideal para el plástico convencional como empaque de alimentos y bebidas.
  • Industria médica, se usa en materiales de sutura, cirugía ortopédica y cirugía reconstructiva como también en la microencapsulación de medicamentos de liberación lenta.
4.3 ¿Cómo se fabrica el PLA?

Hoy en día, el PLA se fabrica por vía química a partir de moléculas de lactato. Varios mecanismos permiten su síntesis por polimerización, pero todos necesitan operar en condiciones anhidras, porque la presencia de agua puede perjudicar gravemente su síntesis. Por lo tanto, la estrictez de las condiciones de operación dificulta la producción de este plástico (Garlotta, 2001). Además, existen 2 configuraciones ópticas del lactato (L y D) según el arreglo espacial de sus grupos químicos, conllevando a formar distintas cadenas de PLA que dependen directamente de la configuración del lactato. Por lo tanto, se vuelve difícil controlar la pureza del producto (Garlotta et al, 2002).

polimerizacion

Figura 3 – Esquema de una reacción de polimerización (superior). Representación de cadenas de PLA de distinto largo y pureza al finalizar la polimerización (inferior). Los óvalos representan los monómeros de lactato, en azul L-lactato y en verde D-Lactato.

El lactato se puede producir biológicamente, a partir de bacterias. Algunas tienen un metabolismo que les permite producir lactato en gran cantidad, es el caso de algunas bacterias de ácido láctico utilizadas en la industria alimenticia para la producción de yogurts o quesos. Estas bacterias utilizan carbohidratos como sustrato y la fermentan en lactato (Datta and Henry, 2006). Hasta ahora los ensayos de polimerización biológica del ácido láctico son pocos e involucran modificaciones genéticas complejas (Jung et al, 2010).

 5. Propuesta de proyecto para iGEM 2015

Básicamente, se propone una prueba conceptual de un sistema piloto de un biorreactor conteniendo dos poblaciones de bacterias E. coli programadas genéticamente usando biología sintética, de esta manera, se tendría una producción controlada del plástico PLA.

Figura 4 - Esquematización de la propuesta

Figura 4 – Esquema de la propuesta.

Las bacterias 1 (color rojo), modificadas genéticamente, producirían ácido láctico utilizando azúcar (glucosa) como sustrato. Esta modificación consistiría en la construcción de un circuito genético que permitiría a la célula regular y optimizar la producción de lactato. Por otro lado, las bacterias 2 (color azul) llevarían a cabo la polimerización del lactato y exportación del PLA al medio externo.

Esta propuesta innovadora conecta e integra trabajos previos, acción que nadie antes había realizado. En un futuro esperamos que nuestro sistema pueda ser escalado y abastecido del alginato contenido en macroaglas presentes en las costas Chilenas, en reemplazo del azúcar. Así, esta propuesta podría volverse una solución, made in Chile, al problema ambiental generado por los plásticos petroquímicos, si se pensara en reemplazarlos.

Para mayor información, te invitamos a revisar la wiki del proyecto, o nuestro póster que resume esquemáticamente las partes principales del trabajo realizado durante iGEM 2015.

6. Referencias

  • D. Garlotta, 2001. A Literature Review of Poly(Lactic Acid). Journal of Polymers and the Environment, Vol. 9, No. 2, pp.63-84.
  • M. Solórzano, 2013. Un Mundo De Plastico. Revista La Jornada Ecológica. [en línea] <http://www.jornada.unam.mx/2013/05/27/eco-g.html> [última consulta: 08-01-2015]
  • D. Clowney and P. Mosto, 2009. Earthcare: An Anthology in Environmental Ethics. Towman and Littlefield Publishers, Inc. United Kingdom.
  • L. Serna, A. Rodríguez de S., F. Albán, 2003. Ácido Poliláctico (PLA):Propiedades y Aplicaciones. Ingeniería y Competitividad, Vol.5, No. 1.
  • L. Avérous, 2008. Polylactic Acid: Synthesis, Properties and Applications. [en línea] <http://www.biodeg.net/fichiers/Polylactic%20Acid%20Synthesis%20Properties%20and%20Applications.pdf> [última consulta: 08-01-2015]
  • R. Datta and M. Henry, 2006. Lactic acid: recent advances in products, processes and technologies – a review. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 81:1119–1129.
  • Yu J. et al, 2010. Metabolic Engineering of Escherichia coli for the Production of Polylactic Acid and Its Copolymers.  Biotechnology and Bioengineering.