Un microbioma diverso de bacterias y hongos que degradan plásticos habita en marismas salinas de la costa de Jiangsu, China.
Estos hongos pueden descomponer el polipropileno, un tipo de plástico que se utiliza habitualmente en envases de alimentos y otros productos.
Los hongos logran hacerlo mediante la producción de enzimas que descomponen el plástico en moléculas más pequeñas.
El descubrimiento de estos hongos podría contribuir al desarrollo de nuevas formas de reciclar plástico y reducir la contaminación.
Un microbioma diverso de bacterias y hongos degradadores de plástico vive en marismas salinas de la costa de Jiangsu, China.
Fue identificado por un equipo internacional de científicos que contabilizó 55 cepas bacterianas y 184 cepas fúngicas capaces de descomponer un poliéster biodegradable llamado policaprolactona (PCL), utilizado a menudo en la producción de poliuretano, en un comunicado de prensa de los Royal Botanic Gardens, Kew, según se indicó.
“El creciente cuerpo de evidencia científica arroja luz sobre el potencial ambiental de la degradación del plástico, que debe aprovecharse”, afirmó a EcoWatch por correo electrónico la doctora Irina Druzhinina, líder sénior de investigación en Diversidad y Sistemática Fúngicas de los Royal Botanic Gardens (RBG) Kew.
“Aunque el plástico es un material muy reciente, poseemos cierto conocimiento bioquímico sobre las actividades biológicas que podrían intervenir en la descomposición de estos polímeros. Hemos observado que los genomas de hongos y bacterias codifican enzimas prometedoras que podrían contribuir a la degradación del plástico.”
De las cepas bacterianas identificadas, las pertenecientes a los géneros Streptomyces y Jonesia podrían tener la capacidad de descomponer aún más polímeros derivados del petróleo, es decir, cadenas de moléculas sintéticas o naturales unidas entre sí.
“Los microbiólogos, en general, se sienten responsables de encontrar soluciones para el tratamiento ecológicamente sostenible de los residuos plásticos, porque las bacterias y los hongos serán los primeros organismos en aprender a lidiar con este nuevo material. No tenemos ninguna duda de que los microbios encontrarán formas de degradar eficazmente el plástico, pero esto podría llevar miles de años si dejamos que la naturaleza siga su curso”, afirmó Druzhinina en el comunicado de prensa. “Por ello, nuestra tarea consiste en utilizar los conocimientos que ya poseemos sobre la biología microbiana para acelerar y dirigir la evolución de los microbios y de sus genes individuales, a fin de que cumplan esta función ahora.”
El estudio, “El microbioma plastisférico distintivo del ecotono terrestre-marino es un reservorio de posibles degradadores de polímeros derivados del petróleo”, fue publicado en la Journal of Hazardous Materials.
Los científicos tomaron muestras de los microorganismos degradadores de plástico en Dafeng, cerca de la costa del mar Amarillo de China y en un sitio protegido por la UNESCO, en mayo de 2021. Se confirmó la existencia de una plastisfera terrestre, un término relativamente nuevo en la ecología terrestre. El microbioma de los residuos plásticos costeros también era distinto del suelo que los rodeaba.
“La exploración inicial de los biofilms microbianos sobre residuos plásticos se centró principalmente en el medio marino. En nuestro estudio, optamos por examinar el ecotono marino-terrestre (el ecosistema limítrofe) debido a sus características únicas, que lo asemejan en cierta medida al medio marino, pero con un contenido de carbono y otros nutrientes significativamente mayor. Adentrarse en estos microbiomas tan diversos fue una decisión audaz, pero resultó gratificante”, dijo Druzhinina a EcoWatch.
“Nuestra estrategia de muestreo evitó deliberadamente las zonas costeras más contaminadas. En cambio, pretendíamos observar el comportamiento natural de los microbiomas al colonizar residuos plásticos. Los humedales naturales de DaFeng en Yancheng, incluidos en la Lista del Patrimonio Mundial de la UNESCO, fueron el lugar elegido. Esta zona alberga una amplia variedad de especies de aves, entre ellas el extremadamente raro charrán chino (Thalasseus bernsteini) con su distintivo pico amarillo, así como las impresionantes y amenazadas grullas de corona roja (Grus japonensis).”
La magnitud del problema de la contaminación por plásticos ha aumentado de forma constante desde la década de 1970. Según el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, cada año se producen 400 millones de toneladas de residuos plásticos, y cada vez con mayor frecuencia los científicos recurren a bacterias, hongos y otros microorganismos para ayudar a hacerles frente.
Hasta la fecha, se han descubierto 436 especies de bacterias y hongos que descomponen el plástico. Los científicos de Kew y sus socios confían en que su último descubrimiento pueda conducir al diseño de enzimas eficientes para degradar biológicamente los residuos plásticos.
Los plásticos que han acabado en ecosistemas acuáticos han creado un “arrecife microbiano” para bacterias y hongos, gracias a su superficie hidrofóbica y a su longevidad. Y con algunos plásticos biodegradables, los microbios disponen de una fuente de carbono, es decir, de alimento.
Los investigadores de Dafeng recogieron cincuenta muestras de residuos plásticos de siete tipos de polímeros derivados del petróleo: poliuretano (PU), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno expandido (EPS), tereftalato de polietileno (PET), polietileno (PE) y poliamida (PA).
Los científicos identificaron 14 géneros diferentes de hongos, entre ellos patógenos de plantas Neocosmospora y Fusarium. Los hongos patógenos de plantas obtienen sus nutrientes de las plantas de forma que causan daño a su huésped. Los resultados del estudio sugieren que estos hongos podrían ser más aptos para descomponer los plásticos PCL y otros tipos de polímeros sintéticos que los hongos que se alimentan de organismos muertos.
“El nicho ecológico de los pantanos salinos de Dafeng es precisamente la razón por la que elegimos investigar las comunidades microbianas presentes en los residuos plásticos de allí, y hasta ahora nuestros hallazgos han resultado ser tanto emocionantes como prometedores”, dijo Druzhinina en el comunicado de prensa.
Los hongos ayudan a descomponer la materia orgánica en entornos naturales como parte del ciclo del carbono. Han evolucionado para descomponer polímeros naturales complejos, como la celulosa, a lo largo de millones de años. Las enzimas que secretan los hongos son aptas para descomponer compuestos orgánicos complejos, como las proteínas y los carbohidratos.
Los investigadores hallaron que dos de los tipos de bacterias que crecen junto a los hongos de Dafeng son candidatos prometedores para descomponer el plástico — Streptomyces y el género Jonesia, que fue descubierto recientemente. Jonesia cf. Quinghaiensis fue especialmente dominante entre las 55 cepas bacterianas muestreadas.
Los autores del estudio afirmaron que, pese a los prometedores resultados que se están obteniendo, la comprensión humana de los microorganismos asociados al plástico apenas comienza, y todavía quedan muchas preguntas sin respuesta; no todas las cepas analizadas pudieron identificarse hasta el nivel de especie.
“Lo que más me impresiona es el enorme poder de la diversidad microbiana, sobre todo si se considera lo difícil que es detectarla; son microscópicos, reservados por naturaleza y de apariencia sencilla. Sin embargo, cuando cambiamos de perspectiva y los observamos desde una óptica bioquímica, accedemos a una complejidad abundante que espera ser explorada”, dijo el doctor Feng Cai, de la Universidad Sun Yat-sen de Shenzhen, China, en el comunicado de prensa. “Es realmente emocionante darse cuenta de que apenas hemos arañado la superficie y ya hemos descubierto una gran cantidad de recursos potencialmente prometedores para tecnologías futuras. Esta comprensión me llena de una inmensa satisfacción, al saber que aún quedan numerosos descubrimientos por hacer y que nuestro trabajo puede conducir a avances significativos en este campo.”
Hasta la fecha se han descrito más de 144.000 especies del reino de los hongos, pero muchas especies —según algunos científicos, varios millones— aún están por descubrir. Algo en lo que coinciden los científicos es que entre estas especies no descubiertas se encuentran nuevas fuentes de medicamentos, alimentos y otros compuestos que podrían beneficiar a los seres humanos.
“[N]osotros y muchos otros microbiólogos de todo el mundo aspiramos a desarrollar una tecnología para el reciclaje eficiente, económico y sostenible de los residuos plásticos; no pretendemos eliminar este material. No será un solo microbio el que resuelva el problema de los residuos plásticos, sino un amplio marco tecnológico con múltiples opciones para ajustarlo a requisitos y condiciones específicos”, dijo Druzhinina a EcoWatch. “El desarrollo de tecnologías de degradación del plástico sigue un ‘camino de baldosas amarillas’ que implica buscar microorganismos con genomas que codifican enzimas potencialmente prometedoras, emplear modelización por computadora e inteligencia artificial para mejorar estas enzimas, producir las enzimas en fábricas celulares microbianas adecuadas e implementarlas en procesos biotecnológicos. Nuestro estudio proporciona la biblioteca de posibles genomas de partida, que tienen más probabilidades de poseer genes adecuados para la ingeniería. Aunque todavía queda un largo camino por recorrer, estamos comprometidos con acelerar el proceso.”
Druzhinina dijo a EcoWatch que no era previsible que los hongos que comen plástico se utilizaran para descomponer el plástico existente en el medio ambiente, como la Gran Mancha de Basura del Pacífico.
“Incluso si dichos microbios fueran modificados mediante ingeniería, el uso de organismos genéticamente modificados (OGM) o la introducción deliberada de organismos no nativos en los ecosistemas plantea preocupaciones regulatorias y de seguridad en muchos países. Es probable que existan normas y directrices estrictas para garantizar que cualquier intervención propuesta se pruebe rigurosamente, sea segura y cumpla las normas de protección ambiental. La Gran Mancha de Basura del Pacífico probablemente debería reciclarse en un entorno controlado, basándose en una tecnología que debería desarrollarse para ello. Todavía queda un largo camino por recorrer”, dijo Druzhinina.
Druzhinina añadió que era previsible que los hongos que comen plástico se utilizaran para descomponer residuos plásticos comerciales que acaban en vertederos o que se depositan en contenedores de reciclaje, pero que no llegan a descomponerse ni a reutilizarse.
“Sí, esperamos el desarrollo de tecnología para el reciclaje eficiente de residuos plásticos comerciales y domésticos. Lamentablemente, la única forma de degradar biológicamente los restos de plástico que ya han sido liberados en el medio ambiente es recogerlos y llevarlos a las plantas de tratamiento de residuos plásticos correspondientes (futuras)”, dijo Druzhinina a EcoWatch. “Es probable que el declive gradual de los recursos petrolíferos para fabricar nuevos plásticos obligue a desarrollar tecnologías para recoger y reutilizar el plástico del medio ambiente. Vivimos en la Era del Plástico, con todos sus beneficios y desafíos.”
Druzhinina ofreció consejos a las personas que desean contribuir a mitigar el problema del plástico en el mundo.
“¡Únanse a nosotros en este ‘camino de baldosas amarillas’! Participen en la investigación, exploren los microbios, promuevan programas de conservación de la biodiversidad y estudien química, biología y matemáticas. Hay muchas cosas por hacer: inventar alternativas biodegradables a los plásticos, desarrollar tecnologías de IA para seleccionar los mejores genes y modelar la actividad enzimática sobre plásticos… El progreso en todas las áreas de la ciencia moderna acelerará el desarrollo tecnológico para combatir el problema de los residuos plásticos y otros desafíos”, dijo Druzhinina. “También animo a la sociedad a hablar sobre este tema… Afortunadamente, la búsqueda de microorganismos y genes que degradan el plástico se ha convertido en la vanguardia de la microbiología moderna, y nos enorgullece formar parte de esta empresa.”
