- La nueva enzima bacteriana puede degradar plásticos de poliéster y penicilina, mostrando una fuerte capacidad de adaptación de los microorganismos.
- La mayoría de los plásticos sintéticos se degradan lentamente, formando microplásticos y nanoplásticos.
- La investigación encontró que las bacterias pueden invadir las películas plásticas a través de un proceso digestivo, desafiando la hipótesis tradicional.
- Las bacterias podrían haber evolucionado para tener una doble función, ayudando en la degradación de plásticos y en la inactivación de antibióticos.
Un equipo de investigación de la Universidad de Constanza ha descubierto una nueva enzima bacteriana que puede degradar ciertos plásticos de poliéster y bioplásticos, así como cortar penicilina. Este hallazgo sugiere que los microorganismos podrían adaptarse a los plásticos más rápidamente de lo que los científicos habían anticipado. La investigación fue publicada en el ISME Journal. La enzima se encuentra en la parte exterior de las células bacterianas y tiene un sitio activo inusualmente amplio. Los microbiólogos Harry Lerner y David Schleheck la han denominado "enzima Pac-Man". Lerner es el autor principal de la investigación y en ese momento era investigador postdoctoral en la universidad.
La importancia de este hallazgo radica en que la mayoría de los plásticos sintéticos se degradan muy lentamente por los microorganismos, lo que provoca que los desechos se fragmenten en microplásticos y nanoplásticos. La biodegradación del polietileno de alta densidad (HDPE) podría tardar cientos a miles de años. Los microorganismos efectivamente colonizan los desechos plásticos, formando un hábitat que los investigadores han denominado "plastisfera", pero generalmente no pueden utilizar la mayoría de los plásticos como alimento.
Cómo las bacterias degradan bioplásticos
Durante un año en el suelo del bosque, Lerner y Schleheck, un profesor de ecología microbiana, estudiaron cómo los microorganismos degradan completamente los bioplásticos, utilizando películas de poliéster alifático de cadena larga (LCAP) desarrolladas por el equipo del químico Stefan Mecking. Enterraron las películas a aproximadamente 10 centímetros de profundidad en la capa de humus del bosque y, en el laboratorio, mezclaron polvo de bioplástico en el mismo suelo, rastreando el dióxido de carbono producido por la respiración microbiana durante un año. Todos los bioplásticos probados, incluyendo LCAP, PHBV y PCL, se degradaron completamente en aproximadamente 250 a 330 días.
La celulosa se degradó en aproximadamente 80 días, mientras que el HDPE casi no se degradó.
Las imágenes de microscopía electrónica de las películas de LCAP enterradas muestran agujeros del tamaño de micrómetros, cada uno coincidiendo en tamaño y forma con células bacterianas individuales. El equipo de investigación hipotetiza que las bacterias, que tienen enzimas de degradación de plásticos adheridas, invaden las películas a través de un proceso digestivo, desafiando la hipótesis de que las bacterias simplemente liberan estas enzimas al entorno circundante.
La doble función de genes y enzimas
Los investigadores, al buscar ADN en el suelo, encontraron un gen que estaba altamente enriquecido en suelos que contenían solo LCAP. Este gen codifica una esterasas con señal de secreción y anclaje lipídico, manteniéndola adherida a la superficie celular. Su estructura también es similar a las β-lactamasas, que son enzimas capaces de cortar el anillo β-lactámico en antibióticos como la penicilina. En el laboratorio, el equipo demostró que esta enzima degrada poliésteres a monómeros a través de hidrólisis, al mismo tiempo que corta penicilina. Schleheck explicó que la adhesión en la superficie ayuda a realizar ambas tareas. La matriz plástica se forma cerca de las células, permitiendo que las bacterias las absorban antes de que floten o sean ocupadas por vecinos.
Antes de que los antibióticos entren en las células, ya han sido inactivados.
Lerner indicó que los científicos se sienten desconcertados por la presencia generalizada de genes de resistencia a antibióticos en la plastisfera. Estos hallazgos sugieren que los organismos aquí podrían haber evolucionado para tener una doble función, otorgándoles una ventaja dual. Asimismo, es posible que algunas de estas enzimas ahora se utilicen específicamente para degradar plásticos, mientras que la actividad de las β-lactamasas sea un remanente de su proceso evolutivo.
Schleheck mencionó que es alentador ver que las bacterias parecen ser capaces de adaptarse a los plásticos de poliéster más rápidamente de lo esperado, y que es necesario colaborar con la capacidad de los microorganismos. Idealmente, esto significa utilizar polímeros con puntos de ruptura bioquímicos, como los enlaces éster en LCAP, para abordar aquellos plásticos que escapan del reciclaje y finalmente ingresan al medio ambiente.
Potencial y desafíos de la adaptación bacteriana a los plásticos
Este estudio revela la capacidad de adaptación de las bacterias a los plásticos de poliéster, mostrando el potencial de los microorganismos en la degradación de plásticos. A medida que el problema de la contaminación plástica se agrava, se vuelve crucial encontrar métodos de degradación efectivos. Los hallazgos del equipo de investigación desafían las concepciones tradicionales, sugiriendo que las bacterias no solo pueden liberar enzimas, sino que también pueden invadir directamente los plásticos, lo que podría proporcionar nuevas ideas para futuras tecnologías ecológicas. Además, la doble función de las bacterias podría ayudar a explicar la presencia de genes de resistencia a antibióticos, subrayando aún más el papel importante de los microorganismos en los ecosistemas.