Descubren microbios «devoradores de plástico» en el Ártico y los Alpes suizos

Científicos encuentran microorganismos que podrían ayudar a descomponer y reciclar el plástico en el futuro

Gerardo Sifuentes

13/05/2023 12:00pm

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.

¿Cuál es el problema?

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.

¿Cómo se comen las bacterias al plástico?

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.

¿Qué experimentos han realizado]

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.

¿Qué resultados obtuvieron?

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.

¿Qué vendrá después?

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.

Con información de: www.frontiersin.org y www.wsl.ch