Un equipo de científicos descubre microbios en los Alpes y el Ártico que pueden digerir plástico a bajas temperaturas
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Encontrar, cultivar y modificar organismos que puedan digerir plástico no solo puede ayudar a eliminar la contaminación de este material, sino que ahora es también un gran negocio. Se han encontrado varios microorganismos que pueden hacer esto, pero cuando las enzimas encargadas de digerir el plástico se aplican a escala industrial, se descubre que, por lo general, solo realizan esta función a temperaturas superiores a 30°C.
Así pues, cuando se trata de aplicarlo a nivel industrial, el calentamiento que requiere el proceso ha significado hasta la fecha un aumento de coste, además de que no resulta neutro en carbono. Pero hay una posible solución a este problema: encontrar microbios especializados adaptados al frío cuyas enzimas funcionen a temperaturas más bajas.
Los científicos del Instituto Federal Suizo WSL sabían dónde buscar tales microorganismos: a grandes altitudes en los Alpes de su país o en las regiones polares. Sus hallazgos se publican en Frontiers in Microbiology.
"Demostramos que los nuevos taxones microbianos obtenidos de la 'plastisfera' de los suelos alpinos y árticos fueron capaces de descomponer plásticos biodegradables a 15 ° C", dijo el autor principal, el Dr. Joel Rüthi, actualmente científico invitado en el WSL. "Estos organismos podrían ayudar a reducir los costes económicos y ambientales en el proceso de reciclaje enzimático de plástico".
Rüthi y sus colegas tomaron muestras de 19 cepas de bacterias y 15 de hongos que crecen en plástico libre o enterrado intencionalmente (mantenido en el suelo durante un año) en Groenlandia, Svalbard y Suiza. La mayor parte de la basura plástica de Svalbard se había recolectado durante el Proyecto Ártico Suizo 2018, donde los estudiantes hicieron un trabajo de campo que les permitió ser testigos de los efectos del cambio climático en vivo y en directo. El suelo de Suiza se había recogido en la cumbre del Muot da Barba Peider (2.979 m) y en el valle Val Lavirun, ambos en el cantón de los Grisones.
Los científicos dejaron que los microbios aislados crecieran como cultivos de una sola cepa en el laboratorio, en condiciones de oscuridad y a una temperatura de 15 °C, utilizando técnicas moleculares para identificarlos. Los resultados mostraron 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.
Resultados sorprendentes
Luego utilizaron un conjunto de ensayos para evaluar la capacidad de cada cepa para digerir muestras estériles de polietileno (PE) no biodegradable y poliéster-poliuretano biodegradable (PUR), así como dos mezclas biodegradables disponibles comercialmente de tereftalato de adipato de polibutileno (PBAT) y ácido poliláctico (PLA).
Ninguna de las cepas pudo digerir 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 eran capaces de cortar los polímeros PBAT y PLA en moléculas más pequeñas.
"Fue muy sorprendente para nosotros descubrir que una gran fracción de las cepas que habíamos probado había sido capaz de degradar al menos uno de los plásticos probados", dijo Rüthi.
Los mejores resultados se obtuvieron con dos especies de hongos no caracterizados de los géneros Neodevriesia y Lachnellula: estos fueron capaces de digerir todos los plásticos probados excepto PE. Los resultados también mostraron que la capacidad de digerir el plástico dependía del medio de cultivo para la mayoría de las cepas, con cada cepa reaccionando de manera diferente a cada uno de los cuatro medios probados.
Efecto secundario de la capacidad de digerir polímeros vegetales
¿Cómo ha evolucionado esta capacidad de digerir el plástico? Dado que los plásticos solo han existido desde la década de 1950, parece bastante poco probable que la capacidad de degradar este material sea un rasgo adquirido a través de la selección natural.
"Se ha demostrado que los microbios producen una amplia variedad de enzimas degradadoras de polímeros involucradas en la descomposición de las paredes celulares de las plantas. En particular, a menudo se han encontrado hongos fitopatógenos capaces de biodegradar los poliésteres al producir cutinasas, capaces de biodegradar polímeros plásticos debido a su parecido con el polímero vegetal cutina", explicaba el Dr. Beat Frey, científico principal y jefe del equipo en WSL.
Persisten los desafíos
Puesto que el equipo formado por Rüthi y los demás integrantes solo probaron la digestión a 15 ° C, aún no conocen la temperatura óptima a la que funcionan las enzimas de las cepas que funcionaron.
"Pero sabemos que la mayoría de las cepas probadas pueden crecer bien entre 4 ° C y 20 °C, a una temperatura óptima de alrededor de 15 °C", dijo Frey.
"El próximo gran desafío será identificar las enzimas degradadoras de plástico producidas por las cepas microbianas y optimizar el proceso para obtener grandes cantidades de proteínas. Además, podría ser necesaria una mayor modificación de las enzimas para optimizar propiedades como la de la estabilidad de las proteínas".
Más información: Descubrimiento de cepas microbianas degradadoras de plástico aisladas a partir de la plastisfera terrestre alpina y ártica, Frontiers in Microbiology (2023). DOI: 10.3389/fmicb.2023.1178474 , www.frontiersin.org/articles/1 ... CB.2023.1178474/FULL
Información de la revista: Frontiers in Microbiology
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