Descubren microbios que pueden digerir plástico a bajas temperaturas

Científicos suizos han identificado 19 nuevas cepas de bacterias y hongos especializados adaptados al frío procedentes de los Alpes y la región ártica que pueden digerir plásticos biodegradables a 15 °C.

Esta capacidad, si se amplía a escala industrial, permitirá ahorrar dinero y energía durante el reciclado, según publican en la revista ‘Frontiers in Microbiology’. (Lea: Cerebro de mujeres y hombres es diferente en países con mayor desigualdad de género)

Encontrar, cultivar y aplicar bioingeniería a organismos capaces de digerir plástico no solo ayuda a eliminar la contaminación, sino que ahora también es un gran negocio. Ya se han encontrado varios microorganismos capaces de hacerlo, pero cuando las enzimas que lo hacen posible se aplican a escala industrial, normalmente solo funcionan a temperaturas superiores a 30ºC.

El calentamiento necesario hace que las aplicaciones industriales sigan siendo costosas hasta la fecha y no sean neutras en carbono, pero existe una posible solución a este problema: encontrar microbios especializados adaptados al frío cuyas enzimas funcionen a temperaturas más bajas.

Científicos del Instituto Federal Suizo WSL buscaron tales microorganismos a gran altitud en los Alpes de su país, o en las regiones polares. “Aquí demostramos que los nuevos taxones microbianos obtenidos de la ‘plastisfera’ de los suelos alpinos y árticos son capaces de descomponer plásticos biodegradables a 15 °C --afirma el Dr. Joel Rüthi, primer autor y actualmente científico invitado en el WSL--. Estos organismos podrían ayudar a reducir los costes y la carga medioambiental de un proceso de reciclado enzimático del plástico”. (Lea: La NASA prepara un robot serpiente todoterreno para explorar otros mundos)

Rüthi y sus colegas tomaron muestras de 19 cepas de bacterias y 15 de hongos que crecían en plástico libre o enterrado intencionadamente (mantenido en el suelo durante un año) en Groenlandia, Svalbard y Suiza. La mayor parte de la basura plástica de Svalbard se había recogido durante el Proyecto Ártico Suizo 2018, en el que los estudiantes realizaron trabajo de campo para ser testigos de primera mano de los efectos del cambio climático. La tierra 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 crecer los microbios aislados como cultivos monoclonales en el laboratorio, en la oscuridad y a 15 °C, y utilizaron técnicas moleculares para identificarlos. Los resultados mostraron que las cepas bacterianas pertenecían a 13 géneros de los filos ‘Actinobacteria ‘y ‘Proteobacteria’, y los hongos a 10 géneros de los filos ‘Ascomycota’ y ‘Mucoromycota’.

A continuación, utilizaron una serie de ensayos para analizar la capacidad de cada cepa para digerir muestras estériles de polietileno (PE) no biodegradable y poliéster-poliuretano (PUR) biodegradable, así como dos mezclas biodegradables disponibles en el mercado de tereftalato de adipato de polibutileno (PBAT) y ácido poliláctico (PLA). (Lea: Estas ranas de Puerto Rico han cambiado su sonido debido a las altas temperaturas)

Ninguna de las cepas fue capaz de digerir el PE, ni siquiera tras 126 días de incubación en estos plásticos. Pero 19 (56%) de las cepas, incluyendo 11 hongos y ocho bacterias, fueron capaces de digerir PUR a 15°C, mientras que 14 hongos y tres bacterias fueron capaces de digerir las mezclas plásticas de PBAT y PLA.

La resonancia magnética nuclear (RMN) y un ensayo basado en la fluorescencia confirmaron que estas cepas eran capaces de trocear los polímeros de PBAT y PLA en moléculas más pequeñas. “Nos sorprendió mucho comprobar que una gran parte de las cepas analizadas era capaz de degradar al menos uno de los plásticos probados”, afirma Rüthi.

Los mejores resultados los obtuvieron dos especies de hongos no caracterizadas de los géneros ‘Neodevriesia’ y ‘Lachnellula’, que fueron capaces de digerir todos los plásticos, 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 que cada cepa reaccionaba de forma diferente a cada uno de los cuatro medios probados.

Dado que los plásticos solo existen desde la década de 1950, es casi seguro que la capacidad de degradar plástico no era un rasgo originalmente buscado por la selección natural. (Lea: Ecuador realizó la mayor conversión de deuda por naturaleza del mundo)

“Se ha demostrado que los microbios producen una amplia variedad de enzimas degradadoras de polímeros que intervienen en la descomposición de las paredes celulares de las plantas. En particular, los hongos fitopatógenos suelen biodegradar poliésteres por su capacidad de producir cutinasas, que se dirigen a los polímeros plásticos por su parecido con la cutina de las plantas”, explica el doctor Beat Frey, autor del estudio y jefe de grupo del WSL.

Dado que Rüthi y sus colegas sólo probaron la digestión a 15 °C, aún no saben cuál es la temperatura óptima a la que funcionan las enzimas de las cepas seleccionadas. “Pero sabemos que la mayoría de las cepas probadas pueden crecer bien entre 4°C y 20°C, con un óptimo en torno a los 15°C”, subraya Frey.

“El próximo gran reto será identificar las enzimas que degradan el 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 estabilidad de las proteínas”, agrega.

Científicos suizos han identificado 19 nuevas cepas de bacterias y hongos especializados adaptados al frío procedentes de los Alpes y la región ártica que pueden digerir plásticos biodegradables a 15 °C.

Esta capacidad, si se amplía a escala industrial, permitirá ahorrar dinero y energía durante el reciclado, según publican en la revista ‘Frontiers in Microbiology’. (Lea: Cerebro de mujeres y hombres es diferente en países con mayor desigualdad de género)

Encontrar, cultivar y aplicar bioingeniería a organismos capaces de digerir plástico no solo ayuda a eliminar la contaminación, sino que ahora también es un gran negocio. Ya se han encontrado varios microorganismos capaces de hacerlo, pero cuando las enzimas que lo hacen posible se aplican a escala industrial, normalmente solo funcionan a temperaturas superiores a 30ºC.

El calentamiento necesario hace que las aplicaciones industriales sigan siendo costosas hasta la fecha y no sean neutras en carbono, pero existe una posible solución a este problema: encontrar microbios especializados adaptados al frío cuyas enzimas funcionen a temperaturas más bajas.

Científicos del Instituto Federal Suizo WSL buscaron tales microorganismos a gran altitud en los Alpes de su país, o en las regiones polares. “Aquí demostramos que los nuevos taxones microbianos obtenidos de la ‘plastisfera’ de los suelos alpinos y árticos son capaces de descomponer plásticos biodegradables a 15 °C --afirma el Dr. Joel Rüthi, primer autor y actualmente científico invitado en el WSL--. Estos organismos podrían ayudar a reducir los costes y la carga medioambiental de un proceso de reciclado enzimático del plástico”. (Lea: La NASA prepara un robot serpiente todoterreno para explorar otros mundos)

Rüthi y sus colegas tomaron muestras de 19 cepas de bacterias y 15 de hongos que crecían en plástico libre o enterrado intencionadamente (mantenido en el suelo durante un año) en Groenlandia, Svalbard y Suiza. La mayor parte de la basura plástica de Svalbard se había recogido durante el Proyecto Ártico Suizo 2018, en el que los estudiantes realizaron trabajo de campo para ser testigos de primera mano de los efectos del cambio climático. La tierra 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 crecer los microbios aislados como cultivos monoclonales en el laboratorio, en la oscuridad y a 15 °C, y utilizaron técnicas moleculares para identificarlos. Los resultados mostraron que las cepas bacterianas pertenecían a 13 géneros de los filos ‘Actinobacteria ‘y ‘Proteobacteria’, y los hongos a 10 géneros de los filos ‘Ascomycota’ y ‘Mucoromycota’.

A continuación, utilizaron una serie de ensayos para analizar la capacidad de cada cepa para digerir muestras estériles de polietileno (PE) no biodegradable y poliéster-poliuretano (PUR) biodegradable, así como dos mezclas biodegradables disponibles en el mercado de tereftalato de adipato de polibutileno (PBAT) y ácido poliláctico (PLA). (Lea: Estas ranas de Puerto Rico han cambiado su sonido debido a las altas temperaturas)

Ninguna de las cepas fue capaz de digerir el PE, ni siquiera tras 126 días de incubación en estos plásticos. Pero 19 (56%) de las cepas, incluyendo 11 hongos y ocho bacterias, fueron capaces de digerir PUR a 15°C, mientras que 14 hongos y tres bacterias fueron capaces de digerir las mezclas plásticas de PBAT y PLA.

La resonancia magnética nuclear (RMN) y un ensayo basado en la fluorescencia confirmaron que estas cepas eran capaces de trocear los polímeros de PBAT y PLA en moléculas más pequeñas. “Nos sorprendió mucho comprobar que una gran parte de las cepas analizadas era capaz de degradar al menos uno de los plásticos probados”, afirma Rüthi.

Los mejores resultados los obtuvieron dos especies de hongos no caracterizadas de los géneros ‘Neodevriesia’ y ‘Lachnellula’, que fueron capaces de digerir todos los plásticos, 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 que cada cepa reaccionaba de forma diferente a cada uno de los cuatro medios probados.

Dado que los plásticos solo existen desde la década de 1950, es casi seguro que la capacidad de degradar plástico no era un rasgo originalmente buscado por la selección natural. (Lea: Ecuador realizó la mayor conversión de deuda por naturaleza del mundo)

“Se ha demostrado que los microbios producen una amplia variedad de enzimas degradadoras de polímeros que intervienen en la descomposición de las paredes celulares de las plantas. En particular, los hongos fitopatógenos suelen biodegradar poliésteres por su capacidad de producir cutinasas, que se dirigen a los polímeros plásticos por su parecido con la cutina de las plantas”, explica el doctor Beat Frey, autor del estudio y jefe de grupo del WSL.

Dado que Rüthi y sus colegas sólo probaron la digestión a 15 °C, aún no saben cuál es la temperatura óptima a la que funcionan las enzimas de las cepas seleccionadas. “Pero sabemos que la mayoría de las cepas probadas pueden crecer bien entre 4°C y 20°C, con un óptimo en torno a los 15°C”, subraya Frey.

“El próximo gran reto será identificar las enzimas que degradan el 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 estabilidad de las proteínas”, agrega.