Presentación de una nueva aplicación biotecnológica a partir de bioplásticos, de gran importancia para la microbiología clínica e industrial

RESUMEN

Los bioplásticos híbridos de gelatina con harinas o almidones de papa, de soja, de arroz; los híbridos de gelatina con kaolín, gelatina-hidroetoxicelulosa, gelatina-agar, gelatina-resinas naturales, gelatina-quitosano, y otros; resultaron con interesantes aplicaciones en la biotecnología. El objetivo del presente trabajo es demostrar que todos ellos pueden usarse como medios de cultivo en micología médica o industrial. Los bioplásticos híbridos de gelatina-harina de papa (Ge-Pa), gelatina- agar verde brillante (Ge-AVB), gelatina- resinas de araucaria, (Ge-Ra), gelatina- palta (Ge-Pa), y gelatina- harina de papa- harina de soja (Ge-Pa-So) proporcionaron los mejores desarrollos de los cultivos micológicos.

Autor: Dr. José Luis Bracco, Bioquímico, Máster por la Universidad Europea Miguel de Cervantes en Nutrición y Biotecnología Alimentaria. Titular del Laboratorio Gamma Nuclear, Gral Galarza 1082/86, Concepción del Uruguay, Entre Ríos, República Argentina.

PALABRAS CLAVE: bioplásticos- bioplásticos híbridos- medios de cultivo.

ÍNDICE:

INTRODUCCIÓN Y ESTADO DEL ARTE
OBJETIVO
DESARROLLO
MÉTODO GENERAL DE PREPARACIÓN DE UN BIOPLÁSTICO
MÉTODO RÁPIDO DE PREPARACIÓN DE UN BIOPLÁSTICO
CONCLUSIÓN
RECOMENDACIONES
FOTOGRAFÍAS DOCUMENTALES
ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS
BIBLIOGRAFÍA

INTRODUCCIÓN Y ESTADO DEL ARTE

Los polímeros son compuestos formados por una estructura compleja integrada por la repetición de unidades moleculares llamadas monómeros. Existen polímeros naturales y polímeros sintéticos. 1

Los biopolímeros son macromoléculas presentes en los seres vivos, por ende son polímeros naturales. Una definición de los mismos los considera materiales poliméricos o macromoleculares sintetizados por los seres vivos. También, a raíz de nuevas disciplinas médicas como la ingeniería de tejidos, como biopolímeros también se incluyen materiales sintéticos con la particularidad de ser biocompatibles con el ser vivo. 2

La denominación de biopolímeros abarca dos tipos de moléculas. El primer tipo incluye aquellas sintetizadas por los seres vivos, como la celulosa, el almidón o los aceites vegetales; el segundo, las que resultan de la síntesis por polimerización de una molécula básica proveniente de una fuente renovable, como el ácido láctico, obtenido de la fermentación bacteriana anaerobia, fundamentalmente por lactobacilos sobre glucosa, sacarosa, u otros sustratos; es decir el conocido ácido poliláctico. 3

La transformación de un polímero de origen biológico en bioplástico ocurre cuando se altera su estructura con alguna sustancia dispersante como la glicerina o los ácidos grasos. 4

Un dispersante es un aditivo que se utiliza para lograr que un soluto tenga distribución y dispersión en un disolvente. 5

En polímeros termoplásticos, los dispersantes logran que los refuerzos, rellenos, cargas y pigmentos sean añadidos de forma regular y homogénea, lo cual es complicado debido a lo corto que es el proceso de fundición del termoplástico. 5

OBJETIVO

El objetivo del presente trabajo es demostrar que todos ellos pueden usarse como medios de cultivo en micología médica o industrial.

DESARROLLO

El almidón es un polímero natural. Se trata de un tipo de hidrato de carbono constituido por moléculas grandes que la planta sintetiza durante la fotosíntesis y le sirve como reserva de energía. Cereales, como el maíz y tubérculos, como la papa, contienen grandes cantidades de almidón.

El almidón puede ser procesado y convertido en plástico, pero como es soluble en agua se ablanda y deforma cuando entra en contacto con la humedad, limitando su uso para algunas aplicaciones. En verdad, los híbridos también experimentan un discreto ablandamiento con la humedad debido a la higroscopicidad de la gelatina y del glicerol, de menor grado, pero no se deforman. 6

Los biopolímeros de gelatina, cuando se plastifican con bajas cantidades de glicerol (0.5 ml de glicerol en 10 ml de agua), dan plásticos duros, mientras que con mayores cantidades de glicerol (2 ml de glicerol en 10 ml de agua) dan plásticos blandos, flexibles. (Fotografía 1). Esto es debido a que el glicerol suma sus propiedades higroscópicas a la de la gelatina. Los días de mucha humedad ambiente los bioplásticos duros de gelatina, es decir poco glicerinados, absorben humedad y adquieren una blandura similar a la que tienen los muy glicerinados en días de humedad ambiente normal. Los biopolímeros de gelatina glicerinada podrían ser empleados, también, como desecadores.

La gelatina (Ge) es un biopolímero que se presenta como una buena alternativa para la producción de bioplásticos. Se obtiene como subproducto de la industria cárnica y de pescado, es biodegradable, tiene capacidad de generar geles físicos y presenta buenas propiedades de barrera a aroma y gases. Sin embargo, sus propiedades mecánicas y su baja resistencia a la humedad deben mejorarse (Gennadios, 2002). Una buena alternativa para incrementar la resistencia al agua de las películas de gelatina es recubrirla con sustancias hidrofóbicas (ej. lípidos), con el mismo polímero entrecruzado (Martucci y Ruseckaite, 2009) o con polímeros hidrofóbicos (Ghanbarzadeh y Oromiehi, 2009) y de esta manera obtener un material laminado o multicapa. 7

Los híbridos de gelatina con aceite, pocos glicerinados, dan bioplásticos duros, quebrables, grasos, que igualmente se ablandan cuando se los sumerge en agua. Una opción consistiría en recubrirlos con poliuretanos o alquilresinatos, para impermeabilizarlos.

Los híbridos logrados en el presente trabajo se obtuvieron sobre una base de gelatina, hibridada con porciones menores del otro polímero natural. Todos pueden emplearse como medios de cultivos en micología. Como tienen poca actividad de agua (aw) no se contaminan. Se deben humedecer, antes de sembrarlo con el material en cuestión, o incubarlos en una cámara húmeda, y desarrollan hongos cuya morfología se puede observar directamente al microscopio montando el bioplástico cultivado sobre un portaobjetos. Para acelerar el crecimiento se pueden enriquecer dichos híbridos con glucosa.

Todos, inclusive los bioplásticos de gelatina puros, resultan buenos medios de cultivos micológicos.

Los plásticos híbridos de gelatina y kaolín (Ge-Ka) dan una película más delgada y poco flexible, quebradiza, que se tiñe con el añadido de colorante antes de la plastificación; con azul de metileno, por ejemplo, se obtienen lentes de color, de utilidad como filtro azul de la luz visible, para microscopía óptica. O para el uso de filtros de luz en fotocolorímetros. La arcilla o kaolín es una sustancia mineral plástica compuesta principalmente de silicatos de aluminio hidratados, con determinadas propiedades medicinales. Una sustancia hecha de arcilla natural, la misma que se utiliza para hacer vasijas de cerámica, se está convirtiendo en la base para una nueva generación de nanocompuestos plásticos de alta resistencia a prueba de fuego..

Los híbridos de gelatina y harina de papa (Ge-Pa), tienen aspectos de vidrios escarchados y su desempeño como medio de cultivo se observa en la fotografía 2.

Los híbridos de gelatina y agar verde brillante (Ge-AVB), plastificados con 2 ml de glicerol, dan bioplásticos blandos, flexibles, con aspecto de vidrio escarchado de color caramelo, y propiedades de elastómero. También sirven como medio de cultivo micológico.(fotografía 3).

Los híbridos de gelatina con hidroetoxicelulosa (Ge-HECe) dan bioplásticos de aspecto transparente, blandos, flexibles, granulados, y con propiedades de elastómero. Sin glicerol y con azul de metileno, da un plástico semiduro, quebradizo, no elastómero, teñido.

Los híbridos de gelatina y harina de soja (Ge-So), plastificados con 0.5 ml de glicerol, dan bioplásticos muy finos y blandos, con aspecto de papel o pergamino.

Los bioplásticos de gelatina con agar tripteína soja (Ge-ATS), sin glicerol, dan un plástico fino, transparente, no elastómero, tipo papel, semejante al de gelatina con harina de soja. Se lo coloreó con reactivo de pH rojo fenol, empleándose con muy buenos resultados, como papel tornasol.

Al parecer, según lo que se observa en el presente trabajo, el agregado de glicerol convierte a algunos bioplásticos en elastómeros.

Gelatina-agar tripteína soja (GE-ATS) con glicerol, da un bioplástico blando, escarchado, similar al híbrido con AVB.

Si a la hidroxietilcelulosa se la trata con ácido acético, se disuelve bien con notable achicamiento de las partículas y aspecto más homogéneo. Si se le agrega gelatina se forma de manera rápida (15 horas) un plástico de aspecto similar al de gelatina-agar, es decir, transparente, escarchado, pero duro y no elastómero.

Otro bioplástico rápido, que se produce en 15 horas, es el de gelatina-harina de papa-harina de soja (Ge-Pa-So) y gotas de glicerol. También puede utilizarse como medio de cultivo para hongos. En la fotografía 3, el botón cubierto de colonias a la izquierda, es una celda del panal de este bioplástico sembrada con células fungales.

Gelatina-harina de arroz (Ge-Ar), glicerinado con 1 ml, da un plástico que se forma a las 21 horas, blando, transparente, escarchado, muy parecido al de geltina- agar tripteína soja.

Un bioplástico con más arcilla que gelatina, levemente glicerinado (0.3 ml) da un elastómero color carne. Como las arcillas poseen propiedades antinflamatoria, analgésica, bactericida, y drenantes, dicho híbrido podría usarse como apósito de heridas, con la indudable ventaja estética que lo caracteriza. .

El bioplástico hibrido de gelatina-harina de arroz-sangre entera y glicerol sirve como control positivo en determinaciones de sangre oculta en materia fecal.

El numero 4 es gelatina-resinas vegetales (de araucaria) disuelta en agua caliente- 1 ml de glicerol. A 22oC solidifica como un agar.

Todos los bioplásticos ensayados, inclusive el obtenido por disolución de poliestireno en cloroformo, sirven como medio de cultivo para el desarrollo de hongos.

Este último nos estaría proporcionando un modelo de biorremediación interesante por parte de un hongo contaminante común, como el penicillum.

MÉTODO GENERAL DE PREPARACIÓN DE UN BIOPLÁSTICO. 3

Preparar 10 ml de una solución de glicerina 1:20 (0,5 ml de glicerina + 9,5 ml de agua).
Preparar 10 ml de una solución de glicerina 1:5 (2 ml de glicerina + 8 ml de agua).
Distribuir 4 g de gelatina en cada vaso de precipitados y agregar 10 ml de agua en cada uno.
Colocar los 3 vasos de precipitados en el microondas (potencia alta, 15 segundos) para disolver la gelatina. Mezclar bien.
Agregar 10 ml de agua en el primer vaso de precipitados, 10 ml de la solución de glicerina 1:20 en el segundo y 10 ml de la solución de glicerina 1:5 en el tercero.
Calentar nuevamente el contenido de los vasos de precipitados en el microondas (potencia media, 45 segundos). Mezclar bien y distribuir en los moldes.
Dejar secar en la estufa (40ºC).

METODO RÁPIDO DE PREPARACIÓN DE UN BIOPLÁSTICO

1-Gelatina en polvo cubriendo el fondo de un contenedor de plástico del tamaño de un vaso chico.

2- Agregar 25 ml de agua aproximadamente.

3- 30 segundos en microondas

4- Con jeringa añadir de 0 a 2 ml de glicerol

5- 30 segundos en microondas

6- Distribuir en moldes

7- Incubar en estufa a 37oC hasta que esté hecho el plástico.

8- CONCLUSIÓN:

1-Los bioplásticos de gelatina e híbridos de la misma, resultaron excelentes medios de cultivo para hongos.

2-Los bioplásticos híbridos de gelatina-harina de papa (Ge-Pa), gelatina- agar verde brillante (Ge-AVB), gelatina- resinas de araucaria, (Ge-RV) y gelatina- palta (Ge-Pa), gelatina- harina de papa- harina de soja( Ge-Pa-So) proporcionaron los mejores desarrollos de los cultivos micológicos.

9- RECOMENDACIONES

Si bien en el presente trabajo se sientan las bases de la utilización de bioplásticos en algunas aplicaciones biotecnológicas, como el empleo de los mismos como filtros ópticos en la microscopía de luz y en la fotocolorimetría, como desecadores, como apósitos de heridas, como control de calidad en investigaciones de sangre oculta, como medios de cultivos micológicos, no se ha efectuado una profundización de tales utilidades por exceder los marcos de esta obra. Respecto al empleo de los bioplásticos como medios de cultivos, resultaría de interés continuar la investigación en la línea bacteriológica; y de cultivos selectivos, o enriquecidos, o incluso empobrecidos, para determinados tipos de hongos

ANEXOS

Anexos – Presentación de una nueva aplicación biotecnológica a partir de bioplásticos

BIBLIOGRAFÍA

http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?ID=136400
https://es.wikipedia.org/wiki/Biopol%C3%ADmero
María Antonia Malajovich. www.bteduc.bio.br/guias_es/46_Bioplasticos_de_gelatina.pdf
FIELD GUIDE TO UTAH AGRICULTURE IN THE CLASSROOM. Make your own Bioplastic stuff in your microwave. http://extension.usu.edu/AITC/teachers/pdf/fieldguide1/plastic.pdf.MALAJOVICH, M.A.M. de. Biotecnología, 2ª edición actualizada. Bernal, Editorial de la Universidad Nacional de Quilmes, 2012.
O. Alemán-Vázquez, J.R. Villagómez-Ibarra (2001). «Polyisobuten y lsuccinimides as detergents and dispersants in fuel: infrared spectroscopy application». Fuel 80: 965-968. doi:10.1016/S0016-2361(00)00167-8. La referencia utiliza parámetros obsoletos (ayuda);
http://porquebiotecnologia.com.ar/index.php?action=cuaderno&opt=5&tipo=1&note=48
_{OBTENCION Y CARACTERIZACION DE PELICULAS TRICAPA, J. F. MARTUCCI; R.A. RUSECKAITE, Córdoba} Simposio; ARCHIPOL 2009 -V Argentine-Chilean Polymer Symposium; 2009