¿Pueden las bacterias producir celulosa como las plantas?

La celulosa bacteriana (BC) fue descubierta por primera vez en 1886 por un científico llamado A.J. Brown. Mientras estudiaba la fermentación del vinagre, se dio cuenta de que algunas bacterias producían una película delgada y gelatinosa en la superficie del líquido, que le recordaba la textura de los calamares. Esta película resultó ser un material hecho completamente de celulosa, una sustancia que generalmente se encuentra en las plantas. Pero a diferencia de la celulosa de origen vegetal, esta provenía de las bacterias y tenía algunas propiedades únicas que intrigaron a los científicos.

La BC podría haber parecido inicialmente un pequeño descubrimiento sin relevancia, pero a lo largo de las décadas, los investigadores comenzaron a darse cuenta de su enorme potencial. La BC se presenta como una alternativa más pura y resistente a la celulosa de origen vegetal, que ofrece la ventaja de ser producida de manera sostenible, reduciendo la deforestación o agotamiento de otros recursos naturales. El daño causado por la tala de árboles perjudica tanto al planeta como a nuestra salud, por lo que es aún más importante encontrar alternativas. La BC se puede cultivar simplemente proporcionando las condiciones adecuadas para las bacterias. Es por eso que este material se ha convertido en un material tan prometedor para áreas como la medicina, la ciencia ambiental y la tecnología.

¿Qué diferencias existen entre ambos tipos de celulosa? 

La celulosa, componente principal de la madera, se usa ampliamente en las industrias textil, papelera y de embalaje por su bajo coste y versatilidad. Sin embargo, su producción puede causar deforestación, pérdida de biodiversidad y contaminación química. La gestión sostenible de los bosques, con tala regulada y reforestación, puede mitigar estos impactos, pudiendo alinear la celulosa con principios sostenibles. Sin embargo, se están buscando alternativas como materiales reciclados o residuos agrícolas, las cuales ofrecen opciones más ecológicas. 

Además de las limitaciones medioambientales, la celulosa vegetal presenta desafíos como menor pureza, rigidez y fibras gruesas, lo que restringe su uso en aplicaciones avanzadas, como en la electrónica flexible o los delicados soportes biomédicos, cuando se emplea en su forma no modificada.

En este sentido, la BC ofrece varias ventajas frente a su homónimo vegetal. Es producido por ciertas bacterias, como Komagataeibacter xylinum, a través de la fermentación, lo que da como resultado una forma más pura de celulosa que no contiene lignina ni otros contaminantes. Su red de fibras es mucho más fina —del orden nanométrico— y tiene mayor resistencia a la tracción, proporcionando propiedades mecánicas excepcionales. 

Su capacidad para formar películas delgadas, flexibles, pero fuertes, lo hace adecuado para usos en áreas de alta tecnología, como pantallas flexibles o sistemas de filtración avanzados. Además, debido a que se puede cultivar en entornos controlados, la producción de BC puede ser más sostenible, con menos insumos químicos y menos daño ambiental en comparación con la extracción tradicional de celulosa vegetal.

La celulosa bacteriana es una obra arquitectónica construida por bacterias que trabajan de forma organizada, como si de una orquesta se tratara

Este fascinante material se forma a través de un proceso meticulosamente organizado, que genera una intrincada red de nanofibras. Las bacterias responsables trabajan en perfecta armonía, como los músicos de una orquesta, donde cada una aporta de manera sincronizada a la construcción de esta compleja estructura.

Cada célula bacteriana extruye finas nanofibrillas de celulosa desde poros especializados, creando cintas que, mediante los movimientos naturales de las células, se entrelazan para formar una red robusta: la BC. Durante este proceso, las bacterias crean túneles esenciales que les permiten desplazarse: hacia arriba, en busca de oxígeno, y hacia abajo, en busca de nutrientes.

Capa por capa, se da forma a un material único, caracterizado por su durabilidad, flexibilidad y resistencia. Cada bacteria desempeña un papel fundamental, contribuyendo a lo que puede describirse como una obra maestra de ingeniería biológica, una auténtica estructura arquitectónica viviente.

La biotecnología detrás de los artistas bacterianos, con una dieta basada en glucosa, nitrógeno y oxígeno.

Además de ser un componente estructural de las biopelículas, la BC protege a las bacterias de la radiación ultravioleta y les permite sobrevivir en ambientes con poco oxígeno. Aunque muchas bacterias producen BC, las especies del género Komagataeibacter tienen genes únicos (bcs) que le permiten crear una celulosa especialmente resistente y cristalina. Estos genes codifican las siguientes proteínas clave:

• Complejo BcsABC: Este grupo de proteínas se encarga de fabricar, transportar y liberar las fibras de celulosa fuera de la célula: BcsA polimeriza las moléculas de glucosa para formar la cadena del polímero de celulosa; BcsB guía las cadenas poliméricas a través de las envueltas celulares; BcsC permite que las cadenas poliméricas se secreten al exterior, estructurándose en nanofibras.
• Formación de celulosa cristalina: La proteína BscD, exclusiva de este género, organiza las fibras para que se cristalicen correctamente. Junto con la proteína BcsH, asegura que las fibras estén alineadas, lo que da lugar a una celulosa fuerte y de alta calidad.

El uso de residuos industriales para producir BC surge como un enfoque rentable y ambientalmente beneficioso. Residuos agroindustriales como tallos de maíz, paja de trigo, cáscaras de frutas, y subproductos de industrias cerveceras y azucareras como la melaza, ofrecen azúcares abundantes para el crecimiento microbiano. Este enfoque reduce costos, fomenta la economía circular al transformar desechos en materiales valiosos y promueve la producción sostenible.

Aplicaciones de la celulosa bacteriana

Biomedicina: La BC destaca por su gran potencial en aplicaciones biomédicas, especialmente en la liberación controlada de fármacos y la cicatrización de heridas. Su porosidad permite cargar fármacos como antibacterianos, anticancerígenos o antiinflamatorios, mientras que las modificaciones químicas pueden ajustar su liberación según el pH, la temperatura o estímulos electromagnéticos.

En el tratamiento de heridas, la BC es ideal gracias a su biocompatibilidad, resistencia mecánica y capacidad para absorber exudados manteniendo un ambiente húmedo. Sus apósitos actúan como barreras antimicrobianas, permiten el intercambio de gases y son indoloros al retirarlos. Además, su transparencia óptica facilita el seguimiento no invasivo de la cicatrización. Estos apósitos han demostrado eficacia en heridas, quemaduras y hemorragias, y su nanoestructura acelera la regeneración tisular.

Por último, en ingeniería de tejidos, la BC funciona como andamio celular, imitando la matriz extracelular humana. Modificaciones como la incorporación de queratina mejoran la adhesión y morfología celular.

Cuero vegano: Sí, es posible fabricar ropa con BC, un material innovador con beneficios únicos frente al algodón, que consume grandes extensiones de tierra y agua. Este biopolímero destaca por su sostenibilidad, una característica clave para combatir el impacto ambiental de la industria de la moda, el segundo mayor contaminante global tras el petróleo. Así podemos encontrar ejemplos en el mercado que demuestran el potencial de la BC al producir tejidos en forma de cuero vegano a partir de subproductos industriales como kombucha o agua de coco y crear prendas como chaquetas y guantes. 

En el ámbito textil, el uso de BC en ropa resulta especialmente prometedor en nichos concretos donde se valoran propiedades como su elevada absorción de humedad y capacidad de regulación térmica. Además, su estructura nanoporosa la convierte en un sustrato idóneo para la incorporación de agentes antimicrobianos, lo que amplía sus posibles aplicaciones en ropa funcional y técnica.

Restauración de libros antiguos: La mayoría de los documentos históricos en papel, especialmente los de mediados del siglo XIX al XX, sufren degradación por acidificación, oxidación y descomposición de fibras debido a materiales inestables y factores ambientales. Así, la BC ha mejorado la resistencia mecánica del papel envejecido, estabilizado su pH y prolongado su durabilidad, incluso en condiciones adversas, sin alterar su apariencia original, lo que preserva la autenticidad de los documentos históricos.

¿Qué hacemos en el grupo de Biotecnología de Polímeros con la BC? 

En el Grupo de Biotecnología de Polímeros (POLYBIO) del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas del CSIC, nos enfocamos en desarrollar métodos innovadores para la síntesis, funcionalización y diseño de materiales basados en biopolímeros bacterianos, como los polihidroxialcanoatos (PHA) y la celulosa bacteriana (BC). Nuestra investigación en BC se divide en dos líneas principales: Por un lado, la caracterización, domesticación y optimización del cultivo de nuevas cepas productoras de BC utilizando residuos de la industria alimentaria, y, por otro lado, la fabricación de materiales funcionalizados para aplicaciones en biomedicina, envases y textiles. En POLYBIO, estamos profundamente comprometidos con la sostenibilidad y el cuidado del medioambiente. Por ello, nuestro objetivo es crear polímeros y materiales avanzados que impulsen el progreso social, contribuyan a reducir la dependencia de plásticos petroquímicos y eliminen compuestos tóxicos perjudiciales para la salud humana.

Cortesía de Muy Interesante

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