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 tipos de microorganismos con esta capacidad, un desafío importante en la aplicación industrial de sus enzimas de degradación del plástico 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 enfoques es centrarse en los microbios adaptados al frío, cuyas enzimas pueden funcionar de manera efectiva a temperaturas más bajas.
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.
Microbios adaptados al frío y su capacidad de degradar plástico
El estudio realizado pudo demostrar 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 recolectaron muestras de 19 cepas de bacterias y 15 cepas de hongos que se encontraban creciendo en la basura plástica en Groenlandia, Svalbard y Suiza. La basura plástica de Suiza se obtuvo principalmente durante el Proyecto Ártico Suizo 2018, donde los estudiantes participaron en el trabajo de campo para observar de primera mano los efectos del cambio climático.
También 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.
Identificación y evaluación de los microorganismos
Las cepas de microorganismos fueron aisladas y cultivadas 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, y se pudieron clasificar en 10 géneros dentro de esas familias.
A través de una serie de ensayos, se evaluó la capacidad de las cepas para digerir diferentes tipos de plástico, incluyendo polietileno no biodegradable (PE), poliéster-poliuretano biodegradable (PUR) y mezclas biodegradables comerciales de tereftalato de adipato de polibutileno (PBAT) y ácido poliláctico (PLA).
Aunque ninguna de las cepas fue capaz de digerir el PE después de 126 días de incubación, el 56% de las cepas, compuestas por 11 hongos y ocho bacterias, lograron descomponer el PUR a 15 °C. Además, se encontraron 14 hongos y tres bacterias capaces de digerir las mezclas plásticas de PBAT y PLA.
Para confirmar estos resultados, se utilizaron técnicas como la resonancia magnética nuclear (RMN) y un ensayo basado en fluorescencia, que demostraron que estas cepas podían descomponer los polímeros PBAT y PLA en moléculas más pequeñas.
Los investigadores quedaron sorprendidos al encontrar que una gran parte de las cepas probadas pudo degradar al menos uno de los plásticos evaluados. Los microorganismos más eficientes resultaron ser dos especies de hongos no caracterizadas pertenecientes a los géneros Neodevriesia y Lachnellula, que fueron capaces de digerir todos los plásticos probados excepto el PE.
Un hecho interesante observado fue 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.
La evolución de los microbios para digerir el plástico
Una pregunta que surge ahora es cómo evolucionaron estos microorganismos para digerir el plástico, dado que estos materiales solo existen desde la década de 1950. Los científicos han demostrado que los microbios producen una amplia variedad de enzimas que degradan polímeros involucrados en la descomposición de las paredes celulares de las plantas.
Aunque el estudio se centró en la digestión a 15 °C, aún se necesita 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 una temperatura óptima alrededor de los 15 °C.
El siguiente desafío consiste en identificar las enzimas degradadoras de plástico específicas producidas por estos microorganismos y optimizar el proceso para obtener grandes cantidades de proteínas. Es posible que se requiera 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, es fundamental desarrollar e implementar soluciones innovadoras como estas para mitigar su impacto perjudicial en los ecosistemas y la salud humana.
Conclusion
En conclusión, la búsqueda de microorganismos capaces de digerir el plástico ha llevado a investigadores del Instituto Federal Suizo WSL a explorar regiones de gran altitud en los Alpes y áreas polares en busca de microbios adaptados al frío. Los resultados del estudio han revelado la capacidad de ciertas cepas bacterianas y fúngicas para degradar plásticos biodegradables a temperaturas más bajas, lo que tiene el potencial de reducir los costos y la carga ambiental asociados con el reciclaje enzimático a gran escala. Estos microorganismos adaptados al frío pueden marcar una diferencia significativa en la industria del reciclaje de plástico, ya que sus enzimas pueden funcionar de manera efectiva a temperaturas más bajas.
El estudio se basó en la recolección de muestras de cepas bacterianas y fúngicas que se encontraban creciendo en la basura plástica de regiones alpinas y polares. Después de realizar una serie de ensayos, se encontró que el 56% de las cepas probadas eran capaces de descomponer el poliéster-poliuretano biodegradable (PUR) a 15 °C. Además, algunas cepas también mostraron la capacidad de digerir mezclas plásticas comerciales de tereftalato de adipato de polibutileno (PBAT) y ácido poliláctico (PLA).
Los resultados fueron sorprendentes, ya que se descubrió que una gran cantidad de cepas tenía la capacidad de degradar al menos uno de los plásticos evaluados. Los hongos de los géneros Neodevriesia y Lachnellula se destacaron como los más eficientes en la descomposición de los plásticos probados, excepto el polietileno no biodegradable (PE).
Un hallazgo interesante fue que la capacidad de descomponer el plástico variaba según el medio de cultivo utilizado. Cada cepa reaccionaba de manera diferente a los diferentes medios probados, lo que sugiere la influencia de factores ambientales en el proceso de digestión del plástico.
La evolución de los microorganismos para digerir el plástico es un área de interés en la investigación. Dado que los plásticos son materiales relativamente nuevos en comparación con la historia evolutiva de los microbios, resulta intrigante cómo han desarrollado la capacidad de degradar estos materiales en un corto período de tiempo.
Los científicos han señalado que los microorganismos producen una amplia variedad de enzimas que están involucradas en la descomposición de los polímeros presentes en las paredes celulares de las plantas. Estas enzimas pueden haber evolucionado para adaptarse a la digestión de los componentes químicos presentes en los plásticos.
Sin embargo, todavía se requiere más investigación para comprender completamente el funcionamiento de estas enzimas y su temperatura óptima de actividad. El estudio se centró en la digestión a 15 °C, pero es necesario determinar la temperatura exacta en la que las enzimas de las cepas exitosas funcionan de manera más eficiente.
El siguiente paso en la investigación implica identificar las enzimas degradadoras de plástico específicas producidas por estos microorganismos y optimizar el proceso para obtener grandes cantidades de proteínas enzimáticas. También se explorarán posibles modificaciones en las enzimas para mejorar su estabilidad y eficiencia.
En un contexto global de creciente contaminación plástica, estas investigaciones son de vital importancia para encontrar soluciones sostenibles y respetuosas con el medio ambiente. El desarrollo de métodos de reciclaje de plástico basados en microorganismos adaptados al frío podría ser clave para mitigar el impacto negativo de los desechos plásticos en los ecosistemas y la salud humana.
En conclusión, la búsqueda de microorganismos capaces de digerir plástico se ha convertido en un tema relevante en los últimos años. Los investigadores han dirigido su atención hacia microbios adaptados al frío, ya que sus enzimas pueden funcionar de manera efectiva a temperaturas más bajas, lo que podría reducir los costos y la carga ambiental asociados con el reciclaje enzimático.
El estudio ha revelado que cepas bacterianas y fúngicas recolectadas de regiones alpinas y polares tienen la capacidad de descomponer plásticos biodegradables a 15 °C. Estos microorganismos podrían ser utilizados en el desarrollo de métodos de reciclaje de plástico rentables y respetuosos con el medio ambiente.
Aunque se han logrado avances significativos, todavía queda mucho por investigar. Es necesario comprender mejor las enzimas producidas por estos microorganismos y determinar su temperatura óptima de actividad. Además, se requerirá un esfuerzo adicional para optimizar el proceso de obtención de enzimas y mejorar su estabilidad y eficiencia.
En un mundo donde la contaminación plástica es un desafío creciente, estas investigaciones nos ofrecen una esperanza de encontrar soluciones innovadoras para abordar este problema. Los microorganismos adaptados al frío podrían desempeñar un papel crucial en la reducción de la carga ambiental y en la promoción de un reciclaje de plástico más efectivo y sostenible.
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