Científicos de la NASA convierten desechos plásticos en galletitas comestibles para el espacio

La conexión entre botellas de plástico y galletitas puede parecer inusual, pero un grupo de investigadores ha encontrado una forma de unir estos dos mundos. Mediante la ingeniería de levaduras, han creado un sistema capaz de transformar compuestos de desechos plásticos y agrícolas en ingredientes comestibles, como proteínas, vitaminas y saborizantes.

Esta innovadora técnica no solo ofrece una nueva forma de reutilizar residuos difíciles, sino que también tiene el potencial de producir alimentos en lugares donde los suministros convencionales son limitados, como zonas de desastre en la Tierra o en misiones humanas en el espacio profundo.

Los resultados de esta investigación fueron presentados en la reunión de otoño de la American Chemical Society (ACS), durante el simposio sobre "Investigación de Pregrado y Posgrado en Bioquímica y Biología Química" en McCormick Place.

"Los microbios son muy ingeniosos. Así que estamos utilizando sus características para resolver los problemas que nosotros mismos hemos creado." — Lahiru Jayakody

Transformando desechos plásticos en alimentos

La contaminación plástica y la inseguridad alimentaria son dos desafíos globales importantes, y los investigadores de la Southern Illinois University (SIU) Carbondale están explorando si uno de estos problemas puede ayudar a abordar el otro. Su objetivo es utilizar microorganismos para convertir materiales de desecho en alimentos seguros para el consumo humano.

La investigación surgió de un proyecto liderado por la NASA, que se centra en la producción de alimentos en condiciones limitadas de recursos durante la exploración del espacio profundo, donde los astronautas no pueden depender de envíos regulares desde la Tierra.

"Estábamos tratando de desarrollar tecnologías para el reciclaje de plásticos para hacer productos más valiosos. Pensamos, ¿por qué no enfocarnos en hacer comida? Porque el plástico es carbono y la comida también es carbono", explica Lahiru Jayakody, profesor asociado.

Un objetivo principal es el polietileno tereftalato (PET), un plástico ampliamente utilizado en productos como botellas de soda y agua. El PET contiene moléculas ricas en carbono que pueden ser descompuestas y reconstruidas en compuestos útiles, incluidos aquellos que pueden convertirse en proteínas.

Si bien algunos de esos procesos de transformación podrían realizarse utilizando reacciones químicas y solventes de laboratorio, el equipo de SIU Carbondale optó por utilizar microbios, que pueden llevar a cabo procesos bioquímicos complejos de forma natural.

Ingeniería de levaduras como pequeñas fábricas de alimentos

El uso de microorganismos para fabricar sustancias útiles ya está bien establecido. Por ejemplo, las levaduras pueden ser programadas genéticamente para producir moléculas valiosas. La insulina, que antes se obtenía de páncreas animales, ahora se puede producir utilizando microbios modificados.

Jayakody y la estudiante de posgrado Sandhya Jayasekara aplicaron una idea similar a los desechos. Programaron varios tipos de levaduras, incluida la levadura de panadería, para tomar moléculas derivadas de plásticos y residuos agrícolas y convertirlas en proteínas, vitaminas y compuestos saborizantes.

Sin embargo, antes de que las levaduras puedan utilizar esos materiales, los desechos deben ser descompuestos en piezas más manejables.

Los investigadores procesan el plástico PET, los tallos y hojas de maíz desechados, y otros biomateriales utilizando una técnica propietaria conocida como disolución hidrotermal oxidativa. Desarrollada por el profesor de geología Ken Anderson, este proceso combina agua y oxígeno a alta temperatura y presión para descomponer materiales resistentes en compuestos accesibles para los microbios.

Las moléculas más pequeñas son luego alimentadas a las levaduras modificadas. Los microorganismos las transforman en nuevos componentes alimenticios, incluidos proteínas, grasas y ácidos.

De materiales de desecho a galletitas impresas en 3D

Una vez que se han producido los ingredientes derivados de las levaduras, los investigadores los combinan con fibra, almidón y edulcorante. La mezcla se introduce en una impresora 3D para crear galletitas ricas en proteínas, conocidas como µBites (pronunciadas "microbites").

Los datos disponibles indican que los µBites son seguros para comer, aunque los investigadores aún esperan la aprobación institucional antes de realizar pruebas de sabor formales.

Por ahora, los participantes han evaluado las galletitas en función de su aroma. La mayoría dijo que estaría dispuesta a comer µBites en situaciones donde los recursos alimentarios son escasos.

El equipo también trabaja para hacer que las galletitas sean más atractivas para las personas que tienen otras opciones alimenticias.

Jayasekara ha modificado cepas de levadura capaces de producir ingredientes alimenticios adicionales. La levadura de panadería ahora puede generar saborizante de vainilla a partir de biomasa vegetal. Otra cepa de levadura puede utilizar etilenglicol derivado del PET para producir beta caroteno, que el cuerpo humano puede convertir en vitamina A.

"Estamos utilizando microbios para desarrollar la galletita en un producto más atractivo y amigable para el consumidor", dice Jayasekara.

Maximizando la producción de ingredientes con microbios

El equipo espera que los microbios puedan producir aún más de los ingredientes necesarios para los µBites, incluidos el almidón, la fibra y el edulcorante que actualmente deben añadirse por separado.

Jayakody espera que las galletitas estén listas para el consumo público en los próximos años. Más allá de su uso cotidiano en la Tierra, la tecnología podría ser especialmente valiosa en entornos donde transportar o entregar grandes cantidades de alimentos es complicado.

Los entornos posibles incluyen submarinos, áreas de desastre y, eventualmente, asentamientos humanos en la luna o Marte.

Los investigadores también ven esta tecnología como una posible respuesta a la creciente presión sobre el suministro global de alimentos.

"Se espera que la demanda mundial de alimentos aumente entre un 35 y un 56% para el año 2050, y alrededor del 30% de la población mundial estará en riesgo de hambre en el futuro. La forma de abordar esto, creo, es utilizando microbios", concluye.

La investigación fue financiada por el NASA Deep Space Food Challenge y una subvención del Programa de Desarrollo Profesional Temprano de la National Science Foundation (CAREER).