Una bacteria degrada el plástico como fuente de alimento
El hallazgo podría conducir a soluciones de bioingeniería para eliminar los residuos plásticos que contaminan el medioambiente.
Por Enrique Coperías
«Por primera vez, hemos demostrado de manera sistemática que una bacteria presente en las aguas residuales puede tomar un material plástico, degradarlo, fragmentarlo, descomponerlo y usarlo como una fuente de carbono», dice Ludmilla Aristilde, profesora de Ingeniería Ambiental. imagen generada con Copilot
En un descubrimiento que podría revolucionar los esfuerzos globales para combatir la contaminación por plásticos, un equipo de investigadores liderado por la Universidad Northwestern, en Estados Unidos, ha revelado cómo una bacteria del género Comamonas es capaz de descomponer plásticos en su entorno natural y utilizarlos como fuente de alimento.
Este hallazgo, que arroja luz sobre el comportamiento de una familia de bacterias presentes en ríos urbanos y sistemas de aguas residuales, ofrece esperanzas de nuevas soluciones biotecnológicas para eliminar los plásticos persistentes que contaminan el agua potable y dañan la fauna silvestre.
El estudio, publicado en la revista Environmental Science & Technology, abre la puerta a la posibilidad de aprovechar a estas microorganismos en la lucha contra la creciente crisis de contaminación por plásticos. Aproximadamente 7.000 millones de los 9.200 millones de toneladas de plástico producidas entre 1950 y 2017 se convirtieron en residuos plásticos, que acabaron en los vertederos o fueron arrojados al medioambiente, según datos del Programa para el Medioambiente de la ONU. Y cada minuto, el equivalente a un camión de basura de plástico se vierte en nuestro océano. La contaminación por plásticos es un problema mundial.
El papel clave de una bacteria «zampaplásticos»
Durante años, los científicos han observado cómo ciertas bacterias de la familia Comamonadacae crecen sobre plásticos que contaminan ríos y sistemas de aguas residuales. Sin embargo, hasta ahora no se comprendía con exactitud qué mecanismos estaban utilizando para interactuar con este material. La nueva investigación, dirigida por Ludmilla Aristilde, profesora de Ingeniería Ambiental en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Northwestern, ha dado respuesta a este enigma.
Según Aristilde, el proceso comienza cuando las bacterias mastican el plástico y lo transforman en pequeñas partículas, conocidas como nanoplásticos. Posteriormente, secretan una enzima especializada que descompone aún más el material plástico, hasta reducirlo a una fuente de carbono que las bacterias pueden utilizar como alimento. Esta capacidad asombrosa de las bacterias podría ser optimizada y utilizada para eliminar los plásticos difíciles de retirar del medio ambiente.
«Por primera vez, hemos demostrado de manera sistemática que una bacteria presente en las aguas residuales puede tomar un material plástico, degradarlo, fragmentarlo, descomponerlo y usarlo como una fuente de carbono —explica Aristilde. Y añade—: Es increíble que esta bacteria pueda llevar a cabo todo el proceso, y hemos identificado una enzima clave responsable de romper los materiales plásticos».
La magnitud del problema del plástico
El estudio más reciente de Aristilde y su equipo se basa en investigaciones anteriores que habían desentrañado los mecanismos mediante los cuales la bacteria de la especie Comamonas testosteroni metaboliza los carbonos simples provenientes de plantas descompuestas y plásticos. En este nuevo trabajo, se centraron nuevamente en Comamonas testosteroni, una bacteria que crece sobre el tereftalato de polietileno (PET), un tipo de plástico comúnmente utilizado en envases de alimentos y botellas de bebidas.
El PET, que representa el 12% del uso global de plásticos, es notoriamente resistente a la descomposición. De hecho, contribuye significativamente a la acumulación de microplásticos en el medioambiente, pues representa hasta el 50% de los microplásticos presentes en las aguas residuales. La capacidad de esta bacteria para degradar el PET podría ser crucial en los esfuerzos por reducir la contaminación plástica en los sistemas acuáticos.
Para comprender mejor cómo Comamonas testosteroni interactúa con el PET, el equipo de Aristilde empleó múltiples enfoques teóricos y experimentales. En primer lugar, cultivaron la bacteria —aislada de aguas residuales— sobre películas y gránulos de PET. Luego, mediante el uso de microscopía avanzada, observaron cómo la superficie del plástico se iba modificando con el tiempo.
Una capacidad innata para obtener carbono de los plásticos
Los investigadores descubrieron que, en presencia de la bacteria, los microplásticos se fragmentaban en nanopartículas plásticas, lo que reveló que la bacteria posee una capacidad innata para degradar este material hasta convertirlo en monómeros, pequeñas unidades que pueden ser utilizadas por la bacteria como fuente de carbono para su crecimiento.
La confirmación de que Comamonas testosteroni puede descomponer plásticos llevó a Aristilde a preguntarse cómo lo lograba. Utilizando técnicas avanzadas de análisis de proteínas, su equipo identificó una enzima específica que la bacteria produce cuando se expone a plásticos PET. Para validar el papel de esta enzima, Aristilde pidió a colaboradores del Laboratorio Nacional Oak Ridge, en Tennessee, que eliminaran la capacidad de la bacteria para expresar dicha enzima, es to es, para sintetizarla. Sorprendentemente, sin esa enzima, la capacidad de la bacteria para degradar el plástico se vio considerablemente reducida.
Aunque este descubrimiento podría ser aprovechado para soluciones ambientales, Aristilde también señala que resulta crucial para comprender cómo los plásticos evolucionan en los sistemas de tratamiento de aguas residuales. La presencia de nanoplásticos en estos sistemas es un tema que requiere mayor atención.
Las bacterias Comamonas viven en las aguas residuales, donde descomponen los desechos plásticos para obtener alimentos. Ilustración: Ludmilla Aristilde / Universidad Northwestern
Peligro en las depuradoras
«La mayoría de la gente cree que los nanoplásticos llegan a las plantas de tratamiento de aguas residuales ya como nanoplásticos —dice Aristilde. Y añade—: Sin embargo, estamos demostrando que los nanoplásticos pueden formarse durante el tratamiento de aguas residuales a través de la actividad microbiana. Esto es algo que debemos tener en cuenta mientras nuestra sociedad busca comprender mejor el comportamiento de los plásticos en su viaje desde las aguas residuales hasta los ríos y lagos receptores».
Este descubrimiento tiene un enorme potencial para el desarrollo de soluciones basadas en bacterias que puedan abordar el grave problema de la contaminación por plásticos. Si bien aún queda mucho por investigar y optimizar, la identificación de los mecanismos clave en la degradación plástica podría ser un paso decisivo hacia la reducción de los residuos plásticos que, actualmente, se acumulan en el medio ambiente.
La investigación de Aristilde y su equipo ofrece una visión esperanzadora: un futuro donde las bacterias puedan ser aliadas cruciales en la lucha contra la contaminación por plásticos.▪️
Información facilitada por la Northwestern University
Fuente: Wilkes, Rebecca A.; Zhou, Nanqing; Carroll, Austin L.; Aryal, Ojaswi; Teitel, Kelly P.; Wilson, Rebecca S. et al. Mechanisms of Polyethylene Terephthalate Pellet Fragmentation into Nanoplastics and Assimilable Carbons by Wastewater Comamonas. Environmental Science & Technology (2024). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.est.4c06645.s001
