1. 0
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Título: Conoce a los polímeros bacterianos
Actividad final: After the draft
Alumna: Benítez Canseco Alejandra Yetlanezi
Profesor: Luis Flores Olmos
Asignatura: TIC
Junio, 2015

2. 1
Índice
Introducción 2
Una increíble alternativa: Polímeros bacterianos 4
Propiedades 5
Historia 6
Usos y beneficios 8
Un punto en contra 9
Solución al problema: Reducción de costos 9
Conclusiones 11
Bibliografía 12
Citas textuales 13

3. 2
Introducción
Desde que el ser humano descubrió todos los beneficios provenientes del
petróleo, ha hecho un uso desmedido de él, y no es de extrañarse que la
acumulación de desechos sea un problema grave. Estamos en contacto todos
los días con polímeros, tanto que los tomamos como algo “natural” y por eso de
una u otra manera conocemos sus propiedades y utilidades, pero debemos ser
conscientes de que su falta de degradabilidad ha aumentado la contaminación
a nivel mundial.
Todos los tipos de contaminación son graves, aunque la de origen orgánico es
menos dañina porque acaba por degradarse y se convierte en la parte básica
de los elementos. Pero el plástico, al igual que los residuos nucleares,
pesticidas, detergentes e hidrocarburos, no se destruyen o tardan mucho en
hacerlo y se acumulan cada vez más en los mares; a largo plazo dañan a los
organismos que viven en esos entornos. (Flores, 2015).
Los desechos se han acumulado durante décadas, los efectos nocivos de la
contaminación comienzan a ser visibles. En México y otros países debemos
preocuparnos por llevar nuestra educación a un nivel que permita entender el
problema que se genera (Flores, 2015). En dicho país, el consumo anual de
plásticos por habitante en 2005 se estimaba en 49 kilogramos. Hay que
destacar que la degradación de los plásticos sintéticos es muy lenta, puede
tardar más de 500 años o incluso permanecer indefinidamente en los
ecosistemas. Además su “degradación” simplemente genera partículas de
plástico más pequeñas que, a pesar de ya no ser evidentes, se acumulan en
los ecosistemas. En arena de playas y estuarios son muy abundantes los
microfragmentos de acrílico, polipropileno, polietileno, poliamida (nylon),
poliéster, polimetacrilato, etc. La presencia de estos plásticos en los mares es
variable, pero hay reportes de abundancia de 3 a 5 kg/km2
, con registros de
hasta 30 kg/km2
. Lo que sí es seguro es que esa cantidad aumenta
considerablemente cada año. (Noguez, 2007)
Una alternativa es el reciclamiento, pero los deshechos deben ser manejados
adecuadamente, no sólo en su recolección y procesamiento, sino en la

4. 3
limpieza, selección y separación adecuada de los materiales a reciclar, y esto
no se da en muchos casos.
Como bien sabemos los polímeros artificiales provienen en su mayoría del
petróleo y sus derivados. Aunque esto trajo una serie de ventajas, haciendo
nuestra vida más fácil, nos hizo dependientes del este hidrocarburo.
Desafortunadamente su precio es altamente variable, aunado a que es un
recurso no renovable, lo que significa que un día se va a terminar.
Por este motivo se ha buscado generar plásticos degradables de tal
forma que puedan producirse plásticos que presenten las mismas
propiedades pero que tengan un periodo de degradación más corto.
Afortunadamente contamos con una opción 100% biodegradable. Esta se
descubrió hace algunos años pero aun no puede competir económicamente
con los productos del petróleo. Me refiero a los Polímeros Bacterianos,
llamados así porque provienen de bacterias. También son conocidos como
polímeros microbianos, biopoliésteres o PHA (Polihidroxialcanoatos) .Estos
poseen características físicas similares a las de los plásticos derivados del
petróleo, como el polipropileno y polietileno, pero tienen la ventaja de que
pueden ser sintetizados a partir de fuentes de carbono renovables, son
biodegradables (pueden ser asimilados por muchos microorganismos ya sea
de suelos, mares, lagos o aguas residuales) y son biocompatibles (no causan
efectos tóxicos.
En este trabajo se abordará el tema de una manera concreta, sin profundizar
en los detalles de extracción y cultivo de bacterias, haciendo hincapié en sus
propiedades y beneficios que causarían en nuestro día a día.

5. 4
Una increíble alternativa: Polímeros bacterianos
¿Qué son exactamente los Polímeros bacterianos? Son Polímeros
provenientes de bacterias, conocidos como Polihidroxialcanoatos (PHA).
Químicamente hablando, los PHA son polímeros de ácidos hidroxialcanoicos
que algunas bacterias, arqueas y microalgas acumulan intracelularmente como
material de reserva, para usarlo posteriormente como fuente de carbono y
energía. La polimerización de los ácidos hidroxialcanoicos, por acción de
enzimas intracelulares, tiene lugar mediante condensación del grupo carboxilo
de un monómero (ácido hidroxialcanoico), con el grupo hidroxilo del siguiente,
formándose un enlace éster de allí que también se les conozca como
biopoliésteres (Khanna y Srivastava 2005).
Todos los PHA forman la misma estructura básica de poliéster con unidades de
tres carbonos formando el “esqueleto” del polímero, pero difieren en el tipo de
grupo alquilo que se encuentra unido al carbono número 3 de cada monómero.
Hasta el momento se han descubierto más de 100 diferentes unidades
monoméricas como constituyentes de los PHA (Lee 1996).
Los PHA se pueden clasificar en varios tipos según la longitud de la cadena de
los ácidos hidroxialcanoicos de los que están constituidos. De esta manera, se
definen como PHA de cadena corta (PHA-scl) aquellos polímeros compuestos
por unidades monoméricas de 3 a 5 átomos de carbono, y como PHA de
cadena media (PHA-mcl) a los que se componen por monómeros de 6 a 14
átomos de carbono. Sin embargo, también existen PHA mixtos, es decir que se
componen de monómeros tanto de cadena corta como de cadena media. El
tipo de PHA sintetizado depende del microorganismo en cuestión, por lo que la
mayoría sólo produce PHA de cadena corta o PHA de cadena media, y sólo
una pequeña parte de ellos es capaz de producir PHA mixtos. Asimismo, los
PHA se pueden presentar como homopolímeros o copolímeros, dependiendo
también del tipo de microorganismo que se trate y las fuentes de carbono
usados (Anderson y Dawes 1990).
A continuación se presentan las propiedades de estos polímeros, seguido de
su historia y sus impresionantes usos.

6. 5
Propiedades
Los PHA poseen propiedades físicas semejantes a las de los plásticos
derivados del petróleo (ya que estos polímeros presentan propiedades que van
desde plásticos rígidos y quebradizos, hasta los semejantes al hule), además
de ser producidos a partir de recursos renovables.
El que posea diversos grupos funcionales posibilita una diversidad de
reacciones posteriores, conservando en la mayoría de los casos su
biodegradabilidad. Además estos determinan las propiedades del polímero y
sus aplicaciones después de un tratamiento adecuado.
La diferencia entre los polímeros convencionales y los polímeros microbianos
es que los plásticos naturales, debido a que son producidos por seres vivos
mediante reacciones enzimáticas, también son susceptibles de degradación
por sistemas biológicos y ser aprovechados en forma de nutrientes y energía.
El polímero es degradado usando primero una enzima llamada depolimerasa,
que lo rompe liberando los monómeros (hidroxialcanoatos), que son moléculas
que las bacterias pueden asimilar en su metabolismo. (Noguez, 2007)
Desde que Maurice Lemoigne descubrió en 1926 que la bacteria Bacillus
megaterium produce el PHA denominado polihidroxibutirato (PHB), se han
reportado más de 300 bacterias capaces de producir PHA. Estas bacterias los
producen a partir de sustratos orgánicos, como carbohidratos (glucosa,
sacarosa), aceites, alcoholes, ácidos orgánicos, hidrocarburos, y los acumulan
en grandes cantidades dentro de la célula bacteriana en forma de gránulos,
llegando a constituir hasta 90% de la biomasa.
La cantidad de polímero producido y acumulado depende de la especie de
bacteria y de las condiciones en las que se cultiva. Las investigaciones sobre el
proceso de acumulación de PHA indican que el número de gránulos por célula
se define en las primeras etapas de acumulación y que la producción del
polímero cesa cuando su contenido alcanza cerca del 80 % del peso celular en
base seca. Este fenómeno ha llevado a la conclusión de que existen

7. 6
restricciones físicas que impiden a la célula acumular más polímero, a pesar de
la disponibilidad de sustrato y actividad de la enzima PHA polimerasa (Wang y
Lee 1997).
Estas propiedades les confieren una gran importancia como substitutos de los
plásticos convencionales (Anderson y Dawes 1990).
Historia
Comencemos por examinar que en 1925, como resultado de los estudios de
Lemoigne en la bacteria Bacillus megaterium observó que al degradarse, este
material desconocido liberaba ácido 3-hidroxibutírico y posteriormente describió
dicho material como un homopoliéster de 3-hidroxibutirato, o poli-3-
hidroxibutirato (P3HB), catalogándolo como un material de reserva.
El P3HB posee una estructura muy similar al polipropileno. Su potencial para
ser usado en aplicaciones industriales fue reconocido por primera vez en la
primera mitad de la década de 1960, cuando surgieron las primeras patentes
relacionadas con su producción a través de procesos de fermentación,
extracción, plastificación y mezclado con otros materiales. Sin embargo, los
plásticos derivados del petróleo eran mucho más baratos en ese momento y no
había razón para pensar que los combustibles fósiles no fueran a permanecer a
bajo precio, además de que las políticas de protección ambiental no estaban
fuertemente establecidas en esa época (Braunegg 1998).
Seguidamente que la trigésima quinta Conferencia de la Organización de
Países Exportadores de Petróleo (OPEC) en Viena en septiembre de 1973,
comenzó una cadena de eventos que cambiarían la situación con respecto a la
investigación sobre producción de plásticos alternos. Los miembros de la
OPEC decidieron incrementar los precios del petróleo en un 70 %. Este
incremento fue seguido por otro más, anunciado en la conferencia de Teherán
en diciembre del mismo año, en esa ocasión en un 130 %. En los años
subsiguientes se dieron nuevos incrementos lo cual dio lugar a la conclusión de
que las industrias de polímeros basados en petróleo no podrían sostenerse en

8. 7
un futuro, por lo que comenzó una intensa investigación para encontrar
materiales plásticos alternos.
Por otra parte, en 1976 la empresa Imperial Chemical Industries (ICI) de
Inglaterra comenzó a investigar si el P3HB podría ser producido de manera
económica por fermentación bacteriana a partir de carbohidratos procedentes
de la agricultura. Como resultado de estos estudios, las propiedades de
biodegradabilidad y biocompatibilidad de este biopolímero, así como la
posibilidad de usarlo como fuente de moléculas ópticamente activas, fueron
reconocidas como características de valor agregado. Estos resultados hicieron
que ICI mantuviera el interés en la producción de P3HB aún después de
terminada la crisis petrolera.
Además en la década de 1980, Wallen y Davis reportaron por primera vez el
aislamiento de un biopoliéster con propiedades físicas y químicas similares al
P3HB pero con una composición diferente. Este fue el primer reporte de un
heteropolímero, y debido a la diversidad de ácidos hidroxialcanoicos
constituyentes estos biopolímeros (incluyendo el P3HB) comenzaron a llamarse
de manera general polihidroxialcanoatos (PHA).
Actualmente los PHA ya se producen comercialmente. Entre los más
importantes está un copolímero de 3HB y 3HV. Éste se produce con la bacteria
Ralstonia eutropha y se comercializa con la marca Biopol manufacturado
inicialmente por la empresa ICI (Zeneca), posteriormente vendida a Monsanto
(1996) y finalmente obtenida por Metabolix (2001). La producción para el año
1988 fue del orden de las 800 toneladas. El Biopol también se ha producido y
vendido en EUA y Japón bajo el nombre de P3HBV. Otra empresa productora
de estos polímeros es la austriaca Chemie Linz, la cual produjo comercialmente
P3HB durante la década de 1980 y principio de la de 1990, usando la bacteria
Alcaligenes latus (Braunegg et al. 1998). En Brasil existe otra empresa
productora de P3HB llamada Biocycle. En esta industria se integra la
producción de P3HB a la producción de etanol a partir de azúcar de caña.

9. 8
Usos y beneficios
Insistimos sobre el hecho de los PHA son 100% biodegradables, produciendo
en este proceso de degradación: agua y bióxido de carbono (se puede producir
metano bajo ciertas condiciones), sin dejar residuos indeseables, además de
ser biocompatibles. Esto propicia una serie de aplicaciones.
Primeramente, el Biopol fue usado para la fabricación de botellas, fibras,
rastrillos desechables y varios productos de empaquetamiento de alimentos, de
aceite para motores, de shampoo y cosméticos, cuyo principal atractivo es el
de ser ambientalmente más amigables. Dado que una botella de “bioplástico”
enterrada en suelo o en una composta tardaría unos tres meses en
degradarse, esto puede también generar un producto útil como fertilizante
orgánico derivado de la composta.
A esto se adiciona que se han encontrado aplicaciones médicas, como por
ejemplo en la generación de implantes, que con el tiempo pueden ser
eliminados del cuerpo espontáneamente por degradación, o implantes con
fármacos encapsulados para su liberación controlada, o bien en la obtención de
telas hechas con fibras de PHA para el tratamiento de heridas. De igual manera
se está implementando el uso de los PHA en un área nueva de la medicina, la
ingeniería de tejidos. La idea es generar tejidos, y posteriormente órganos.
Por otra parte en la agricultura, las aplicaciones consisten en macetas
biodegradables, tubos de irrigación y matrices (dispositivos) para la liberación
controlada, en los que la degradación natural de los PHA permite el suministro
de compuestos químicos de manera dosificada, para aplicación de fertilizantes,
fungicidas, herbicidas, etc.
Si se piensa finalmente en otro uso, es posible usarlos en la forma de látex
acuoso para cubierta de materiales fibrosos como papel o cartón. Debido a su
resistencia al agua, esta cubierta protege al papel o cartón contra el deterioro
causado por la humedad. Otra aplicación de interés es su uso como material de
empaque (Babel y Steinbüchel 2001).

10. 9
Un punto en contra
Quizás los polímeros bacterianos no sean competitivos desde un punto de vista
meramente económico, ya que se necesitan grandes inversiones para los
procesos de fermentación y recuperación o purificación del producto a gran
escala, y los sustratos o fuentes de nutrientes para que las bacterias produzcan
PHA no son suficientemente baratos.
El precio de los PHA es demasiado alto comparado con un dólar por Kg de los
plásticos derivados del petróleo. Para 1998 se calculaba que reduciendo los
costos de producción de 2 a 5 dólares, el precio en el mercado sería de 8
dólares por Kg., produciendo unas 5000 tonelada por año.
Esto ha limitado el uso más amplio de los nuevos plásticos, al menos por el
momento.
Solución al problema: Reducción de costos
Es cierto que los “biopoliésteres” no pueden competir aun con la industria
petroquímica, no obstante se están haciendo diversas investigaciones para
optimizar la producción de PHA, desde mejoramiento genético (insertando
genes unas bacterias en otras) hasta modificando su metabolismo, para que
digieran otro tipo de compuestos como algunos desechos agroindustriales
(melazas, peptona de pescado, desechos de crianza de animales, etc.).
Se pone de relieve que los genes que contienen la información genética para la
producción de PHA fueron aislados de Wautersia eutropha en 1988. Esos
genes se han introducido en otras bacterias que no producen PHA, como
Escherichia coli, volviéndolas productoras.
Para producción de PHA por agricultura se está intentando generar otras
especies de plantas transgénicas, como la canola, que almacena cantidades
importantes de aceites y que potencialmente sería capaz de hacer una gran
cantidad de PHA. También la modificación del metabolismo de las bacterias:
utilizar como materia prima algunos compuestos más baratos, como son
algunos desechos agroindustriales (melazas, peptona de pescado, desechos
de crianza de animales, etc.). (Noguez, 2007)

11. 10
Actualmente se están realizando estudios en México sobre el
perfeccionamiento de este producto, por ejemplo en el Tecnológico de
Monterrey se apoya al proyecto de investigación de la Dra. Berenice Vergara
Porras quien afirma “Para lograr este remplazo (polímeros provenientes de
petróleo por PHA), es necesario mejorar las propiedades mecánicas de los
PHA y una de estas técnicas de modificación de propiedades es el mezclado.
La investigación que he desarrollado se enfoca en la síntesis de dichos
polímeros, en su mezclado -mediante diversas técnicas- y en la
caracterización de las mezclas resultantes -mediante microscopía electrónica
de barrido, FT-IR, calorimetría diferencial de barrido, rayos X, microscopía con
luz polarizada, entre otras-. El trabajo que se ha desarrollado también evalúa
las cinéticas de biodegradación de las mezclas y su relación con las
características que presentan.” (Vergara, 2015).
Con todos estos avances, los costos de producción potencialmente pueden ser
reducidos hasta 0.20 dólares, entonces sería posible competir con los plásticos
derivados del petróleo.

12. 11
Conclusiones
Para finalizar este trabajo es importante resaltar algunas cosas.
Los Polímeros Bacterianos, también llamados polímeros microbianos, PHA, o
biopoliésteres son una variedad de estructuras producidas biológicamente, que
comparten algunas propiedades con los plásticos derivados del petróleo. Estos
proporcionan una alternativa a la grave acumulación de plásticos a nivel
mundial ya que poseen propiedades formidables (son biodegradables y
biocompatibles). Por ejemplo, con ellos puede fabricarse desde simples
botellas plásticas, hasta llevarlo al ambiente médico y a la futura producción de
tejidos y órganos.
No perdamos de vista que aunque posee asombrosas propiedades, su
producción tiene costos muy altos, ya que depende del tipo de alimento que se
le suministre a la bacteria, las condiciones en las que se cultive y el tipo de
organismo del que se trate.
Por este motivo se han incentivado los estudios sobre estos polímeros, debido
a que si se logra producir al grado de competir con el petróleo, esto traerá
enormes beneficios, no solo saludable sino ecológicamente.
Sabemos que hace falta información, pero esta en nosotros el cambio y la
búsqueda de mejoras en nuestra forma de vivir. Si lográramos generar
consciencia en los demás para reducir nuestro consumo y con esto los
residuos, le haríamos un enorme favor a nuestro planeta y a las generaciones
futuras.

13. 12
Bibliografía
Anderson A.J. y Dawes E.A., (1990). Occurrence, metabolism, metabolic role,
and industrial uses of bacterial polyhydroxyalkanoates. Revista Microbiol.
54,450-472
Babel W. y Steinbüchel A. (2001) Biopolyesters. Special issue of advances in
Biochem. Eng. Biotechnology. Berlin, Alemania, pp. 342
Braunegg G., Lefebvre G. y Genser K.F. (1998). Polyhydroxyalkanoates,
Biopolyesters from renewable resources: Physiological and engineering
aspects. J. Biotechnol. 65, 127-161.
Córdova, J. A., González, Y., González, O., & Meza, J.C., (2013, Febrero).
Síntesis y degradación de polihidroalcanoatos: plásticos de origen microbiano.
Revista Internacional de contaminación ambiental, 29, 77-115.
Esper, A., Mendoza, A., & Soria, M. (2009). Bacterias productoras de polímeros
biodegradables. Junio 20, 2015, de Centro Universitario Anglo Mexicano de
Morelos, S. C Sitio web: http://www.acmor.org.mx/cuam/2009/Biologicas/234-
CUAM%20Mor-Bacterias%20Product%20de%20polimeros.pdf
Espín, G., Noguez, R., & Segura, D. (2007). Contaminación ambiental y
bacterias productoras de plásticos biodegradables. Junio 20, 2015, de Instituto
de Biotecnologia UNAM Sitio web:
www.ibt.unam.mx/computo/pdfs/libro_25_aniv/capitulo_31.pdf
Flores, C. (2015). Abatir la contaminación por plásticos en los océanos requiere
educación. Junio 15, 2015, de Boletín UNAM-DGCS-328. Sitio web:
http://www.dgcs.unam.mx/boletin/bdboletin/2015_328.html
Khanna S. y Srivastava A.K. (2005). A simple structured mathematical model
for biopolymer (P3HB) production. Biotechnol. pp. 830-838.

14. 13
Citas textuales
Anderson A.J. y Dawes E.A., (1990). Occurrence, metabolism, metabolic role,
and industrial uses of bacterial polyhydroxyalkanoates. Revista Microbiol.
54,450-472
Babel W. y Steinbüchel A. (2001) Biopolyesters. Special issue of advances in
Biochem. Eng. Biotechnology. Berlin, Alemania, pp. 342
Braunegg G., Lefebvre G. y Genser K.F. (1998). Polyhydroxyalkanoates,
Biopolyesters from renewable resources: Physiological and engineering
aspects. J. Biotechnol. 65, 127-161.
Espín, G., Noguez, R., & Segura, D. (2007). Contaminación ambiental y
bacterias productoras de plásticos biodegradables. Junio 20, 2015, de Instituto
de Biotecnologia UNAM Sitio web:
www.ibt.unam.mx/computo/pdfs/libro_25_aniv/capitulo_31.pdf
Vergara, B. (2015). Tecnología de plásticos. Junio 10, 2015, de Tecnológico de
Monterrey Sitio web: https://sites.google.com/site/polimeroscem/quienes-somos
Wang F.L. y Lee S.Y. (1997). Production of poly(3-hydroxybutyrate) by fed-
batch culture of filamentation-suppressed recombinant Escherichia coli.
Microbiology. 63, 4765-4769.