La química verde necesita más toxicología verde
Bioeconomía sostenible: Desarrollo de tecnologías de agentes fitosanitarios y biochampúes respetuosos con el medio ambiente
Con la evaluación temprana de sustancias químicas y productos sostenibles de nuevo desarrollo es posible valorar el riesgo potencial de que se liberen sustancias tóxicas en un punto posterior de las cascadas de productos. Así lo ha revelado un estudio de prueba de concepto coordinado conjuntamente por la Universidad Goethe de Frankfurt y la Universidad RWTH de Aquisgrán. En el curso del estudio se analizó la toxicidad de biosurfactantes sostenibles, potencialmente aplicados en, por ejemplo, biochampúes, y de una nueva tecnología para el despliegue económico de agentes fitosanitarios, utilizando una combinación de modelos informáticos y experimentos de laboratorio. El estudio es el primer paso hacia una bioeconomía segura desde un punto de vista ecotoxicológico, y que utilice recursos y procesos sostenibles para reducir significativamente la carga medioambiental.
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Los recursos naturales del planeta se están agotando, pero al mismo tiempo son la base de nuestra prosperidad y desarrollo. Un dilema que la UE pretende superar con la ayuda de su estrategia revisada de bioeconomía. En lugar de depender de los materiales fósiles, la economía debe basarse en materiales renovables. Entre ellos están las plantas, la madera, los microorganismos y las algas. Sin embargo, la implantación de una bioeconomía circular requiere un cambio en la fabricación de productos químicos. Estos también tienen que producirse a partir de biomateriales en lugar de petróleo crudo. Basándose en estos requisitos, los químicos estadounidenses Paul Anastas y John C. Warner formularon en 1998 sus doce principios de la química verde. Sin embargo, uno de sus principios ha sido muy descuidado hasta la fecha: la reducción de la toxicidad ambiental de las nuevas sustancias desarrolladas.
Es precisamente aquí donde entra en juego el proyecto interdisciplinario "GreenToxiConomy", que forma parte de la alianza científica Bioeconomy Science Center (BioSC). El objetivo era examinar las sustancias de origen biológico y las tecnologías innovadoras con vistas a su impacto tóxico en el medio ambiente en una fase temprana del desarrollo de los productos e incorporar los hallazgos resultantes al diseño de los mismos. Los socios del proyecto de Aquisgrán, Jülich y Düsseldorf aportaron dos de sus candidatos a productos de base biológica para los análisis: contenedores de microgeles para agentes de protección de cultivos y biosurfactantes.
Los biosurfactantes activos para su uso en champús y detergentes de BioSC se basan en la capacidad de síntesis de la bacteria Pseudomonas putida y del hongo Ustilago maydis, respectivamente, y no en el petróleo crudo. La tecnología de microgeles permite la administración controlada de agentes fitosanitarios, ya que los envases garantizan que los ingredientes activos sigan adhiriéndose a las plantas en caso de lluvia.
La Dra. Sarah Johann, autora principal del estudio y jefa de un grupo de trabajo del departamento de ecología evolutiva y toxicología ambiental del Instituto de Ecología, Evolución y Diversidad de la Universidad Goethe de Frankfurt, explica: "Para el análisis de las nuevas sustancias y tecnologías hemos seleccionado una amplia gama de concentraciones para poder estimar adecuadamente los peligros potenciales para los seres humanos y el medio ambiente. Queríamos examinar si los tensioactivos de origen biológico eran más respetuosos con el medio ambiente que los tensioactivos químicos convencionales. Además, investigamos si los envases de microgeles inducen por sí mismos alguna toxicidad".
Para que la evaluación ecotoxicológica fuera lo más precisa posible, el equipo del proyecto combinó dos elementos en la determinación de la toxicidad: pronósticos asistidos por ordenador(in silico) y experimentos en el laboratorio(in vitro e in vivo). Los modelos informáticos trabajan con los datos de toxicidad de sustancias químicas conocidas, cuya estructura compararon con la de las nuevas sustancias de base biológica para pronosticar la toxicidad. Los experimentos se realizaron en organismos acuáticos y terrestres que representan grupos de organismos específicos, entre ellos lombrices de tierra, colémbolos, pulgas de agua y embriones de pez cebra en una fase muy temprana.
El resultado: tanto los biosurfactantes como los microgeles son candidatos muy prometedores para su uso en una futura bioeconomía cuyos productos deben fabricarse de forma sostenible y no causar ningún daño medioambiental o perjuicio a los seres humanos tanto durante como después de su utilización. "Sin embargo, sólo podemos hacer afirmaciones dentro de ciertos límites, ya que la transferencia de los resultados de laboratorio a la realidad en el campo abierto o en otras aplicaciones es complicada", dice Johann. Es necesario seguir investigando para evaluar de forma global el potencial de riesgo, por lo que están previstos proyectos de seguimiento.
El profesor Henner Hollert, director del departamento de ecología evolutiva y toxicología ambiental de la Universidad Goethe de Fráncfort, subraya la importancia de la estrecha colaboración interdisciplinar en "GreenToxiConomy". En el proyecto, biotecnólogos e ingenieros diseñaron conjuntamente un nuevo producto, que fue evaluado durante las fases de desarrollo por ecotoxicólogos de la Universidad Goethe junto con un equipo de la RWTH de Aquisgrán dirigido por la Prof. Dra. Martina Roß-Nickoll. "Este proceso continuo es el mayor punto fuerte del proyecto". Aunque sólo es un primer paso hacia una bioeconomía segura en términos ecotoxicológicos, para Hollert ya está claro que la ecotoxicología y la toxicología verde desempeñarán un papel fundamental en los planes que está elaborando la UE. "Siempre que se trata de desarrollar y diseñar futuros productos de base biológica, tenemos que aclarar las consecuencias para los seres humanos y el medio ambiente en una fase temprana. En este sentido, nuestro enfoque puede aportar resultados valiosos".
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