Científicos descubren microbios en los Alpes y

La biodegradación del plástico a bajas temperaturas puede ahorrar dinero y energía

fronteras

Encontrar, cultivar y bioingeniería de organismos que puedan digerir plástico no solo ayuda a eliminar la contaminación, sino que ahora también es un gran negocio. Ya se han encontrado varios microorganismos que pueden hacer esto, pero cuando las enzimas que lo hacen posible se aplican a escala industrial, generalmente solo funcionan a temperaturas superiores a 30 °C. El calentamiento requerido significa que las aplicaciones industriales siguen siendo costosas hasta la fecha y no son neutrales en carbono. Pero hay una posible solución a este problema: encontrar microbios especialistas adaptados al frío cuyas enzimas funcionen a temperaturas más bajas.

Los científicos del Instituto Federal Suizo WSL sabían dónde buscar tales microorganismos: a gran altura en los Alpes de su país o en las regiones polares. Sus hallazgos se publican en Frontiers in Microbiology.

"Aquí mostramos que los nuevos taxones microbianos obtenidos de la 'plastisfera' de los suelos alpinos y árticos pudieron descomponer los plásticos biodegradables a 15 °C", dijo el primer autor, el Dr. Joel Rüthi, actualmente científico invitado en WSL. "Estos organismos podrían ayudar a reducir los costos y la carga ambiental de un 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 suelto 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 recolectó durante el Swiss Arctic Project 2018, donde los estudiantes hicieron trabajo de campo para presenciar los efectos del cambio climático de primera mano. 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 la oscuridad ya 15 °C y utilizaron 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 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 muy 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.

Efecto secundario de la capacidad de digerir polímeros vegetales

¿Cómo evolucionó la capacidad de digerir plástico? Dado que los plásticos solo han existido desde la década de 1950, es casi seguro que la capacidad de degradar el plástico no era un rasgo originalmente objetivo de la selección natural.

"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. En particular, se informa que los hongos patógenos de plantas biodegradan los poliésteres, debido a su capacidad para producir cutinasas que se dirigen al plástico. polímeros debido a su parecido con la cutina del polímero vegetal", explicó el último autor, el Dr. Beat Frey, científico sénior y líder de grupo en WSL.

Los desafíos permanecen

Desde Rüthi et al. solo probado para la digestión 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 Frey.

"El próximo gran desafío 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 necesario modificar más las enzimas para optimizar propiedades como la estabilidad de las proteínas". .

Fronteras en Microbiología

10.3389/fmicb.2023.1178474

Estudio experimental

No aplica

Descubrimiento de cepas microbianas degradadoras de plástico aisladas de la plastisfera terrestre alpina y ártica

10-may-2023

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia ni relaciones personales conocidas que pudieran haber influido en el trabajo informado en este documento. Michael Sander y Mattia Cerri declaran colaboración con BASF SE en otros proyectos relacionados con la biodegradación de polímeros y Michael Sander por recibir financiación para estos proyectos de BASF SE

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