Cuáles son los microbios que pueden digerir plástico en temperaturas bajo cero

En los últimos años, la búsqueda de organismos capaces de procesar el plástico se ha vuelto cada vez más importante, tanto por razones ambientales como económicas. Si bien se han descubierto varios de estos tipo de microorganismos, un desafío importante en la aplicación de sus enzimas que degradan el plástico a escala industrial son las altas temperaturas de funcionamiento requeridas, generalmente por encima de los 30 °C.

Esta necesidad de temperaturas cálidas no solo aumenta los costos generales, sino que también socava el objetivo de lograr una solución neutral en carbono. Sin embargo, uno de los posibles abordajes es centrarse en los microbios adaptados al frío, cuyas enzimas pueden funcionar de manera efectiva a temperaturas más bajas.

Los investigadores del Instituto Federal Suizo WSL dirigieron su atención a las regiones de gran altitud en los Alpes y las áreas polares, donde esperaban descubrir microorganismos capaces de degradar el plástico a temperaturas más frías. Los hallazgos, publicados en la revista Frontiers in Microbiology, destacaron el potencial de estos microbios adaptados al frío para revolucionar la industria del reciclaje de plástico.

El estudio pudo mostrar que los nuevos taxones microbianos obtenidos de la plastisfera de los suelos alpinos y árticos pudieron descomponer los plásticos biodegradables a 15 °C. Estos organismos podrían ayudar a reducir los costos y la carga ambiental de un proceso de reciclaje enzimático.

Para el análisis, se recolectó muestras de 19 cepas de bacterias y 15 cepas de hongos que se encuentran creciendo en la basura plástica en Groenlandia, Svalbard y Suiza. La basura plástica de la segunda se obtuvo principalmente durante el Swiss Arctic Project 2018, donde los estudiantes participaron en el trabajo de campo para observar de primera mano los efectos del cambio climático.

Mientras tanto, se tomaron muestras de suelo suizo de la cumbre del Muot da Barba Peider (2.979 m) y del valle Val Lavirun, ambos ubicados en el cantón de los Grisones.

A cultivar los microbios aislados en una sola cepa en laboratorio, en condiciones de oscuridad y a 15 °C mediante técnicas moleculares, se identificó que las cepas bacterianas pertenecían a 13 géneros dentro de los phyla Actinobacteria y Proteobacteria. Se pudo clasificarlas en 10 géneros dentro de esas familias.

Luego, a través de una serie de ensayos para evaluar cada una en cuanto a su capacidad para digerir polietileno no biodegradable (PE), poliéster-poliuretano biodegradable (PUR) y mezclas biodegradables disponibles comercialmente de tereftalato de adipato de polibutileno (PBAT) y ácido poliláctico ( PLA).

Aunque ninguna de las cepas fue capaz de digerir PE después de 126 días de incubación, el 56% de las cepas, compuestas por 11 hongos y ocho bacterias, lograron descomponer PUR a 15°C. Además, se encontraron 14 hongos y tres bacterias capaces de digerir las mezclas plásticas de PBAT y PLA.

La resonancia magnética nuclear (RMN) y un ensayo basado en fluorescencia confirmaron que estas cepas podían descomponer los polímeros PBAT y PLA en moléculas más pequeñas.

Fue muy sorprendente para nosotros encontrar que una gran fracción de las cepas probadas pudo degradar al menos uno de los plásticos testeados. Los ejecutantes más eficientes fueron dos especies de hongos no caracterizadas pertenecientes a los géneros Neodevriesia y Lachnellula, que podían digerir todos los plásticos probados excepto el PE.

Curiosamente, notamos que la capacidad de descomponer el plástico dependía del medio de cultivo para la mayoría de las cepas, y cada una reaccionaba de manera diferente a los cuatro medios probados.

Una pregunta que surge ahora es cómo evolucionaron estos microbios para digerir el plástico, dado que estos elementos solo existen desde la década de 1950.

Beat Frey, científico senior y líder de grupo de WSL, también integrante de la investigación, explicó: “Se ha demostrado que los microbios producen una amplia variedad de enzimas que degradan polímeros involucradas en la descomposición de las paredes celulares de las plantas”.

Si bien el estudio se centró en la digestión a 15 °C, aún falta determinar la temperatura óptima a la que funcionan las enzimas de las cepas exitosas. La mayoría de las cepas probadas pueden crecer bien entre 4°C y 20°C con un óptimo de alrededor de 15°C.

El próximo desafío es identificar las enzimas degradadoras de plástico específicas producidas por estas cepas microbianas y optimizar el proceso para obtener grandes cantidades de proteínas. Podría ser necesaria una mayor modificación de las enzimas para mejorar propiedades como su estabilidad, lo que en última instancia conduciría al desarrollo de métodos de reciclaje de plástico rentables y respetuosos con el medio ambiente.

A medida que la contaminación plástica global continúa aumentando, el desarrollo y la implementación de soluciones innovadoras de este tipo son fundamentales para mitigar su impacto perjudicial en los ecosistemas y la salud humana.

También integraron la investigación los científicos Mattia Cerri, Ivano Brunner, Beat Stierli y Michael Sander.

*Joel Rüthi es el primer autor del estudio e investigador en el Instituto Federal Suizo WSL

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