Descubren microbios «devoradores de plástico» en el Ártico y los Alpes suizos
Aunque se han descubierto en el pasado algunos
microbios con la capacidad de descomponer el plástico y contribuir a la
remoción de contaminantes, las enzimas que lo hacen posible, aplicadas a escala
industrial, únicamente trabajan a temperaturas por encima de los 30° Celsius.
Este procedimiento de bioingeniería resulta muy costoso y no es amigable con el
ambiente.
Desde hace años que científicos del Instituto
Federal Suizo para la Investigación Forestal, de la Nieve y del Paisaje (WSL,
por sus siglas en alemán) buscan afanosamente una solución a este problema en
los suelos de los Alpes suizos, y más recientemente en zonas polares. El
objetivo ha sido encontrar microorganismos adaptados al frío, cuyas enzimas
permitan trabajar a bajas temperaturas.
Los plásticos son materiales que contienen uno o más
polímeros sintéticos y se utilizan ampliamente en las industrias del embalaje,
eléctrica, automotriz, de la construcción y agrícola. La producción mundial
anual de plástico sigue aumentando rápidamente, alcanzando aproximadamente las
367 megatoneladas en 2020. La persistencia de los plásticos convencionales en
el ambiente, el uso excesivo de plásticos de un solo uso y la mala gestión de
los residuos están causando un problema ambiental grave, estando presentes en
prácticamente cada rincón del planeta; ponen en peligro la vida silvestre acuática
y terrestre y tienen efectos adversos sobre la fauna del suelo y el crecimiento
de las plantas. A través de la deposición directa, las corrientes oceánicas,
los vientos y el transporte atmosférico, los plásticos llegan incluso a las
áreas más remotas de la Tierra, como los ambientes alpinos y árticos.
La reutilización y el reciclaje representan las
soluciones más sostenibles en la gestión de residuos plásticos, sin embargo,
los métodos convencionales, como el reciclaje mecánico y químico, tienen algunas
desventajas considerables. El reciclado mecánico conlleva una pérdida de
calidad del polímero, lo que impide una reutilización infinita del plástico, y
el reciclado químico requiere la aplicación de altas temperaturas y solventes
tóxicos.La llamada despolimerización emplea enzimas microbianas. Primero, los
microorganismos colonizan la superficie del plástico y forman una biopelícula.
Después secretan enzimas extracelulares que lo descomponen, produciendo cadenas
más cortas de polímeros, que son asimilados por los microorganismos. Los
bloques de construcción de polímeros restantes luego se metabolizan
intracelularmente a CO2 y H2O, o se pueden reciclar. El uso de enzimas aisladas
en lugar de microorganismos vivos permite la recuperación selectiva de
plásticos, que se pueden utilizar para la producción de nuevos plásticos, lo
que resulta en una economía circular.
El Dr. Joel Rüthi del WSL y sus colegas tomaron
muestras de 19 cepas de bacterias y 15 de hongos que crecieron en plástico
suelto o enterrado intencionalmente (que permanecieron en el suelo durante un
año) en Groenlandia, el archipiélago de Svalbard (Noruega) y Suiza. Las
muestras del suelo de Suiza se habían recogido en la cima del Monte da Barba
Peider (2,979 msnm) y en el valle Val Lavirun.
Los científicos dejaron que los microbios aislados
crecieran como cultivos de una sola cepa en el laboratorio en la oscuridad, a
15 °C, y utilizaron técnicas moleculares para identificarlos.
Encontraron que las cepas bacterianas pertenecían a
13 géneros en los filos Actinobacteria y Proteobacteria, y los hongos a 10
géneros en los filos Ascomycota y Mucoromycota. Luego evaluaron cada cepa por
su capacidad para digerir muestras estériles de polietileno no biodegradable
(PE) y poliéster-poliuretano (PUR) biodegradable, así como dos mezclas
biodegradables disponibles comercialmente de tereftalato de adipato de
polibutileno (PBAT) y ácido poliláctico (PLA).
Ninguna de las cepas pudo digerir el PE, incluso
después de 126 días de incubación en estos plásticos. Pero 19 (56 %) de las
cepas, incluidos 11 hongos y ocho bacterias, pudieron digerir PUR a 15 °C,
mientras que 14 hongos y tres bacterias pudieron digerir las mezclas plásticas
de PBAT y PLA. La resonancia magnética nuclear (RMN) y un ensayo basado en
fluorescencia confirmaron que estas cepas podían cortar los polímeros PBAT y
PLA en moléculas más pequeñas.
«Fue sorprendente para nosotros encontrar que una gran
fracción de las cepas probadas pudo degradar al menos uno de los plásticos
probados», dijo Rüthi. Los mejores resultados fueron dos especies de hongos no
caracterizadas de los géneros Neodevriesia y Lachnellula: estas fueron capaces
de digerir todos los plásticos probados, excepto el PE. Los resultados también
mostraron que la capacidad de digerir plástico dependía del medio de cultivo
para la mayoría de las cepas, y cada cepa reaccionaba de manera diferente a
cada uno de los cuatro medios probados.
Dado que solo probaron la digestión del plástico a
15°C, aún no conocen la temperatura óptima a la que funcionan las enzimas de
las cepas exitosas. «Pero sabemos que la mayoría de las cepas probadas pueden
crecer bien entre 4°C y 20°C con un óptimo de alrededor de 15°C», dijo el Dr.
Beat Frey, coautor de la investigación. «El próximo gran desafío será
identificar las enzimas exactas que degradan el plástico producido por las
cepas microbianas y optimizar el proceso para obtener resultados a gran
escala».
Los resultados de la investigación «Descubrimiento
de cepas microbianas que degradan el plástico aislado de la plastisfera
terrestre alpina y ártica» se publicaron en la revista de revisión por pares
Frontiers in Microbiology el 10 de mayo de 2023.
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