Polihidroxibutirato

El polihidroxibutirato ( PHB ) es un polihidroxialcanoato (PHA), un polímero perteneciente a la clase de poliésteres que son de interés como plásticos biodegradables y de origen biológico . ^{[ 1 ]} La forma de poli-3-hidroxibutirato (P3HB) del PHB es probablemente el tipo más común de polihidroxialcanoato, pero otros polímeros de esta clase son producidos por una variedad de organismos: estos incluyen poli-4-hidroxibutirato (P4HB), polihidroxivalerato (PHV), polihidroxihexanoato (PHH), polihidroxioctanoato (PHO) y sus copolímeros .

El PHB es producido por microorganismos (como Cupriavidus necator , Methylobacterium rhodesianum o Bacillus megaterium ) aparentemente en respuesta a condiciones de estrés fisiológico; ^{[ 2 ]} principalmente condiciones en las que los nutrientes son limitados. El polímero es principalmente un producto de la asimilación de carbono (a partir de glucosa o almidón ) y es utilizado por los microorganismos como una molécula de almacenamiento de energía que se metaboliza cuando no hay otras fuentes de energía comunes disponibles.

La biosíntesis microbiana de PHB comienza con la condensación de dos moléculas de acetil-CoA para dar acetoacetil-CoA, que posteriormente se reduce a hidroxibutiril-CoA. Este último compuesto se utiliza luego como monómero para polimerizar PHB. ^{[ 3 ]} Los gránulos de PHA se recuperan mediante la ruptura de las células. ^{[ 4 ]}

La mayoría de los plásticos comerciales son polímeros sintéticos derivados de productos petroquímicos . Suelen ser resistentes a la biodegradación . Los plásticos derivados del PHB resultan atractivos porque son compostables , provienen de fuentes renovables y son biodegradables.

ICI desarrolló el material hasta la fase de planta piloto en la década de 1980, pero el interés disminuyó cuando quedó claro que el costo del material era demasiado alto y que sus propiedades no podían igualar las del polipropileno . Se fabricaron algunas botellas para la gama de champú "Sanara" de Wella; un ejemplo con la marca "Biopol" se encuentra en la colección del Museo de la Ciencia de Londres.

En 1996, Monsanto (que vendía PHB como un copolímero con PHV) compró todas las patentes para la fabricación del polímero a ICI/Zeneca, incluida la marca registrada "Biopol". ^{[ 5 ]} Sin embargo, los derechos de Monsanto sobre Biopol fueron vendidos a la empresa estadounidense Metabolix en 2001 y los fermentadores de Monsanto que producían PHB a partir de bacterias fueron clausurados a principios de 2004.

El primer informe sobre la producción de PHB en plantas transgénicas data de 1992, en Arabidopsis . Este método consistió en la inserción de genes para dos enzimas de Alcaligenes eutrophus, de modo que se produjeran enzimas de forma continua para sintetizar PHB a partir de acetoacetil-CoA . ^{[ 6 ]} También se desarrollaron sistemas para producir PHB mediante células vegetales en cultivo. ^{[ 7 ]} Monsanto tenía interés en producir PHB a partir de plantas en lugar de bacterias. Sin embargo, debido a la atención mediática centrada en los cultivos transgénicos, hubo pocas noticias sobre los planes de Monsanto para el PHB después de 2005. ^{[ 8 ]}

Biopol se utiliza actualmente en la industria médica para suturas internas . Es no tóxico y biodegradable, por lo que no es necesario retirarlo tras la recuperación. ^{[ 9 ]}

TephaFLEX es un poli-4-hidroxibutirato derivado de bacterias, fabricado mediante un proceso de fermentación recombinante por Tepha Medical Devices, destinado a diversas aplicaciones médicas que requieren materiales biodegradables, como suturas absorbibles . Se comercializó por primera vez en 2008. ^{[ 10 ] [ 11 ]} En 2021, la empresa matriz Tepha, Inc. fue adquirida por BD , una empresa internacional de tecnología médica. ^{[ 12 ]}

• Insoluble en agua y relativamente resistente a la degradación hidrolítica. Esto diferencia al PHB de la mayoría de los demás plásticos biodegradables disponibles actualmente , que son solubles en agua o sensibles a la humedad.
• Buena permeabilidad al oxígeno.
• Buena resistencia a los rayos ultravioleta, pero poca resistencia a los ácidos y las bases.
• Soluble en cloroformo y otros hidrocarburos clorados. ^{[ 13 ]}
• Biocompatible y, por lo tanto, apto para aplicaciones médicas.
• Punto de fusión 175 °C y temperatura de transición vítrea 2 °C.
• Resistencia a la tracción de 40 MPa , similar a la del polipropileno.
• Se hunde en el agua (mientras que el polipropileno flota), lo que facilita su biodegradación anaeróbica en los sedimentos.
• No tóxico.
• Menos pegajoso al derretirse.

El polihidroxibutirato fue aislado y caracterizado por primera vez en 1925 por el microbiólogo francés Maurice Lemoigne . ^{[ 14 ]}

Firmicutes y proteobacterias pueden degradar PHB. Bacillus , Pseudomonas y especies de Streptomyces pueden degradar PHB. Pseudomonas lemoigne , Comamonas sp. , Acidovorax faecalis , Aspergillus fumigatus y Variovorax paradoxus son microbios del suelo capaces de degradación. Alcaligenes faecalis , Pseudomonas e Illyobacter delafieldi se obtienen de lodos anaeróbicos. Comamonas testosteroni y Pseudomonas stutzeri se obtuvieron de agua de mar. Pocos de estos son capaces de degradar a temperaturas más altas; notablemente, con la excepción de Streptomyces sp. termófilo y una cepa termófila de Aspergillus sp. ^{[ 15 ]}

• Resumen del premio para PHAs