Los gusanos que degradan plástico en 40 minutos

Federica Bertocchini. 

Bióloga molecular, especializada en biotecnología de insectos. 
Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB – CSIC).

El uso de organismos biológicos para degradar el plástico y transformarlo en productos potencialmente útiles es una línea de investigación prometedora, como lo demuestra la larva del lepidóptero Galleria mellonella, también llamado gusano de la cera.

La invención del plástico durante la primera mitad del siglo XX fue un logro brillante que cambió la forma de nuestra sociedad moderna durante las décadas siguientes. Los plásticos se introdujeron de tal manera en nuestras vidas que actualmente una sociedad sin plásticos sería simplemente impensable.

El plástico es un material polimérico derivado de los combustibles fósiles. Está formado por monómeros, pequeñas moléculas que se repiten decenas de miles de veces.

Dentro de esta estructura polimérica, encontramos pequeñas moléculas llamadas aditivos que incluyen antioxidantes, plastificantes, colorantes, etc.

El uso de aditivos es lo que permite a los plásticos adquirir la forma y las características que conocemos. Una de las más destacadas es su asombrosa resistencia.

De hecho, los residuos de plástico pueden permanecer en el medio ambiente durante décadas, extendiéndose por todo el planeta y llegando al rincón más escondido de cualquier entorno, ya sea el agua, tierra o el aire.

Así es como la mejor característica de este material transformó un milagro del siglo XX (la invención del plástico) en una de las plagas del siglo XXI: la contaminación generada por la omnipresente propagación de residuos plásticos.

El plástico libera tóxicos al medio ambiente

Un aspecto destacable es que muchos de los aditivos presentes en los plásticos son tóxicos para los animales, incluidos los humanos; ese podría ser, de hecho, uno de los aspectos más peligrosos de la contaminación por plásticos, la lenta y prolongada liberación de pequeños compuestos tóxicos en el medio ambiente.

La solidez de los plásticos se debe a su particular estructura química, que es el resultado de la síntesis en el laboratorio.

De hecho, los plásticos per se no existen en la naturaleza, y esto podría justificar por qué no se degradan en un entorno natural. O eso creíamos, hasta ahora.

El descubrimiento de larvas que rompen el polietileno

Un reciente descubrimiento colocó la lupa en algunas larvas de insectos, capaces de romper las estructuras de las poliolefinas más resistentes, como el polietileno (PE) y el poliestireno (PS).

En concreto, una de ellas, la larva del lepidóptero Galleria mellonella, también llamado gusano de la cera, mostró una actitud extremadamente ávida de degradación del plástico.

La capacidad del gusano de la cera fue descubierta en mi laboratorio, como resultado de una buena dosis de interés por el medio ambiente y de preocupación por el plástico, junto con un poco de serendipia.

Como apicultora aficionada, manipulaba colmenas y panales de forma habitual. Los gusanos de la cera se consideran una plaga que infecta las colmenas, por lo que no es raro encontrarlos dentro de los panales. En una ocasión, embolsé los gusanos utilizando una bolsa de plástico comercial común. Al poco tiempo, encontré la bolsa llena de agujeros.

La serendipia se unió a mi interés personal por encontrar una forma de deshacernos del plástico, y lo que siguió fue el análisis en laboratorio del plástico tras el contacto con el invertebrado, y el descubrimiento de su capacidad para degradarlo.

El reciclaje no es suficiente

El problema creado por la acumulación de residuos de plástico comenzó a plantearse por la opinión pública durante los años setenta. Se han probado numerosas soluciones, pero los resultados están a la vista de todos: hasta la fecha no parece haber ninguna salida a esta plaga. Más allá de arrojar los residuos al medio ambiente, las otras dos y únicas soluciones adoptadas hasta ahora son la incineración y el reciclaje mecánico, prácticas que suponen un enorme coste ambiental, y que han dado y siguen dando resultados muy pobres.

El desarrollo de metodologías alternativas para tratar los residuos plásticos (por ejemplo, el reciclaje químico) es un campo en intenso desarrollo. En este contexto, el uso de organismos biológicos para degradar el plástico y transformarlo en productos potencialmente útiles es también una línea de investigación prometedora. Aunque esta perspectiva es muy atractiva, hasta la fecha no se dispone de ninguna tecnología de base biológica.

El deshecho (rotura, despolimerización, etc.) de los polímeros plásticos por medios biológicos, conocido generalmente como biodegradación, se ha asociado tradicionalmente con la actividad de bacterias y hongos.

Esto se debe a que en los últimos 20 años, aproximadamente, se han identificado un puñado de microorganismos con capacidad para descomponer algunos materiales plásticos.

Sin valor nutritivo para bacterias y hongos

El efecto de los microorganismos sobre los plásticos se ha asociado normalmente a la actividad metabólica de estos microorganismos, con un resultado final de liberación de CO₂ al medio ambiente.

Una suposición muy extendida en el campo de la biodegradación es que dichas bacterias u hongos utilizan los plásticos como fuente de alimento, un escenario bastante inusual teniendo en cuenta el escaso valor nutritivo de este polímero. De hecho, apenas podemos decir que exista biodegradación de plásticos resistentes (PE, PS, PP –polipropileno–) por la actividad de bacterias u hongos ambientales.

La degradación del plástico en el medio ambiente procede en gran medida de mecanismos abióticos, como la exposición a la radiación UV o al calor.

La degradación microbiana observada hasta ahora en condiciones experimentales es extremadamente baja, lo que significa un tiempo de incubación muy largo (meses) con muy poca eficacia. Esta es una de las principales razones por las que aún no existe ninguna herramienta biotecnológica que nos permita acabar con el plástico.

La apuesta por las larvas

Afortunadamente, la posibilidad de degradación por medios biológicos no se limita a los microorganismos. Se han encontrado varias larvas de insectos, pertenecientes al orden de los lepidópteros y coleópteros, capaces de descomponer polímeros plásticos resistentes, como el PE y el PS.

Este nuevo nicho comenzó hace unos años, y los acólitos se han ido sumando mes a mes, convirtiéndolo en un campo cada vez más amplio y de mayor interés.

Todo empezó cuando se descubrió que las larvas del lepidóptero Plodia interpunctella eran capaces de biodegradar el PE, gracias a unas bacterias que colonizan su intestino. Poco después se descubrió que las larvas de coleópteros Tenebrio molitor podían tener el mismo efecto sobre el PS, en este caso gracias a especies de bacterias aún no identificadas en el intestino.

La escala de tiempo de la acción de biodegradación se sitúa más en el rango de unas pocas semanas que de meses, lo que presenta una mejora en comparación con las bacterias ambientales hasta ahora caracterizadas.

Sin embargo, unas semanas es aún mucho tiempo para una herramienta biotecnológica potencial.

El gusano de la cera puede degradar el PE en 40 minutos

El más rápido entre los insectos capaces de degradar el plástico resultó ser la larva del lepidóptero Galleria mellonella, también llamado gusano de la cera, descubierto por nuestro laboratorio. Sus larvas pueden degradar el PE en 40 minutos desde su exposición.

Estos invertebrados viven y prosperan en la colmena, excavando túneles dentro del panal de miel y dejando tras de sí un hilo de filamento que producen constantemente. Se alimentan de todo lo que encuentran en ese entorno, como larvas de abeja, polen o cera.

¿Es la similitud de la cera con la estructura química del plástico lo que hace que estos gusanos sean capaces de romper el PE? ¿O es otro aspecto de su naturaleza? La respuesta aún se desconoce, así como los mecanismos moleculares que están detrás de este fuerte efecto.

En estos momentos estamos barajando diversas posibilidades sobre la capacidad de Galleria mellonella para biodegradar el plástico. Consideramos si se puede atribuir a las bacterias del intestino o al propio gusano. Una tercera posibilidad es una acción complementaria de ambos.

En cualquier caso, la identificación de las enzimas implicadas en este proceso será primordial para la comprensión del proceso molecular que impulsa la degradación del plástico por parte de este insecto, y será esencial para el análisis de lo que se forma en su lugar (identificación de los subproductos).

Conocer esto último será la puerta de entrada al escalado del proceso. Primero hay que caracterizar las enzimas, reproducirlas en condiciones de laboratorio y, finalmente, todo estará listo para el desarrollo de la aplicación de la potente herramienta biotecnológica que suponen.

Caracterizar la maquinaria enzimática responsable de la degradación del plástico dentro del gusano de la cera representará el paradigma de cómo el desarrollo de herramientas biotecnológicas puede ayudar al ser humano a enfrentarse a las consecuencias de su propio ingenio, como la invención del propio plástico, y el resultado que puede generar la explotación económica de los inventos.

En general, los avances tecnológicos podrían, y es de esperar que lo hagan, sacarnos de un bucle terrible y proporcionarnos la solución a la plaga de la contaminación por plástico que nos asola.

Fuente:
The Conversation