Las bacterias de las aguas residuales pueden descomponer el plástico para alimentarse

Investigadores han identificado la enzima específica de una bacteria responsable de descomponer el PET. El hallazgo podría conducir a soluciones de bioingeniería para eliminar los residuos plásticos.

Los investigadores llevan mucho tiempo observando que una familia común de bacterias ambientales, las Comamonadacae, crecen en los plásticos esparcidos por los ríos urbanos y los sistemas de aguas residuales. Pero lo que hacen exactamente estas bacterias Comamonas sigue siendo un misterio.

Ahora, investigadores de la Universidad Northwestern, en EE.UU., han descubierto cómo las células de una bacteria Comamonas descomponen el plástico para alimentarse. Primero, mastican el plástico en diminutos trozos, llamados nanoplásticos. A continuación, segregan una enzima especializada que descompone aún más el plástico. Por último, las bacterias utilizan un anillo de átomos de carbono del plástico como fuente de alimento, según los investigadores.

El descubrimiento, publicado en la revista Environmental Science & Technology, abre nuevas posibilidades para desarrollar soluciones de ingeniería basadas en bacterias que ayuden a limpiar los residuos plásticos difíciles de eliminar, que contaminan el agua potable y perjudican a la fauna.

«Hemos demostrado sistemáticamente, por primera vez, que una bacteria de aguas residuales puede tomar un material plástico de partida, deteriorarlo, fragmentarlo, descomponerlo y utilizarlo como fuente de carbono», afirma Ludmilla Aristilde, profesora asociada de ingeniería ambiental en Northwestern, que dirigió el estudio. «Es asombroso que esta bacteria pueda realizar todo ese proceso, e identificamos una enzima clave responsable de descomponer los materiales plásticos. Esto podría optimizarse y explotarse para ayudar a deshacerse de los plásticos en el medio ambiente».

Una bacteria que crece en el PET

El nuevo estudio se basa en investigaciones anteriores del equipo de Aristilde, que desentrañó los mecanismos que permiten a la Comamonas testosteroni metabolizar carbonos simples generados a partir de plantas y plásticos descompuestos. En la nueva investigación, Aristilde y su equipo volvieron a fijarse en C. testosteroni, que crece en tereftalato de polietileno (PET), un tipo de plástico utilizado habitualmente en envases de alimentos y botellas de bebidas. Como no se descompone fácilmente, el PET es uno de los principales contaminantes plásticos.

«Es importante señalar que el plástico PET representa el 12% del uso total de plásticos en el mundo», dijo Aristilde. «Y representa hasta el 50% de los microplásticos de las aguas residuales».

Capacidad innata para degradar plásticos

Para entender mejor cómo C. testosteroni interactúa con el plástico y se alimenta de él, Aristilde y su equipo utilizaron múltiples enfoques teóricos y experimentales. En primer lugar, tomaron la bacteria -aislada de aguas residuales- y la cultivaron en películas y gránulos de PET. A continuación, utilizaron microscopía avanzada para observar cómo cambiaba la superficie del material plástico con el paso del tiempo. Después, examinaron el agua que rodeaba a las bacterias en busca de restos de plástico descompuesto en nanopartículas más pequeñas. Por último, los investigadores observaron el interior de las bacterias para identificar las herramientas que utilizaban para degradar el PET.

«En presencia de la bacteria, los microplásticos se descomponían en diminutas nanopartículas de plástico», explica Aristilde. «Descubrimos que la bacteria de las aguas residuales tiene una capacidad innata para degradar el plástico hasta convertirlo en monómeros, pequeños bloques que se unen para formar polímeros. Estas pequeñas unidades son una fuente biodisponible de carbono que las bacterias pueden utilizar para crecer».

Tras confirmar que C. testosteroni puede descomponer plásticos, Aristilde quiso saber cómo. Mediante técnicas denominadas ómicas, que pueden medir todas las enzimas del interior de la célula, su equipo descubrió una enzima específica que la bacteria expresaba cuando se exponía a plásticos PET. Para explorar más a fondo el papel de esta enzima, Aristilde pidió a sus colaboradores del Laboratorio Nacional Oak Ridge de Tennessee que prepararan células bacterianas sin la capacidad de expresar la enzima. Sorprendentemente, sin esa enzima, la capacidad de las bacterias para degradar el plástico se perdía o disminuía considerablemente.

Aunque Aristilde imagina que este descubrimiento podría aprovecharse para encontrar soluciones medioambientales, también afirma que estos nuevos conocimientos pueden ayudar a comprender mejor cómo evolucionan los plásticos en las aguas residuales.

«Las aguas residuales son un enorme depósito de microplásticos y nanoplásticos», explica la investigadora. «La mayoría de la gente piensa que los nanoplásticos entran en las plantas de tratamiento de aguas residuales como nanoplásticos. Pero estamos demostrando que los nanoplásticos pueden formarse durante el tratamiento de las aguas residuales a través de la actividad microbiana. Es algo a lo que debemos prestar atención mientras nuestra sociedad intenta comprender el comportamiento de los plásticos a lo largo de su viaje desde las aguas residuales hasta los ríos y lagos receptores».