Los plásticos biodegradables podrían ayudar a paliar la crisis de residuos plásticos que contamina el medio ambiente y perjudica nuestra salud. Sin embargo, aún se desconoce en gran medida cuánto tiempo tardan los plásticos en degradarse y cómo las bacterias ambientales colaboran para descomponerlos.
Por Zach Winn, Instituto Tecnológico de Massachusetts
Comprender cómo los microbios descomponen los plásticos podría ayudar a los científicos a crear materiales más sostenibles e incluso nuevos sistemas de reciclaje microbiano que conviertan los residuos plásticos en materiales útiles.
Investigadores del MIT han dado un importante primer paso para comprender cómo las bacterias colaboran en la descomposición del plástico. En un nuevo artículo publicado en Environmental Science & Technology , los investigadores descubrieron el papel de bacterias marinas individuales en la descomposición de un plástico biodegradable de uso común. También demostraron los procesos complementarios que utilizan los microbios para consumir completamente el plástico: un microbio lo descompone en sus componentes químicos y otros consumen cada uno de ellos.
Los investigadores afirman que se trata de uno de los primeros estudios que esclarecen el papel de especies bacterianas específicas en la degradación del plástico e indican que la velocidad de degradación del plástico puede variar ampliamente dependiendo de algunos factores clave.
«Existe mucha incertidumbre sobre cuánto tiempo permanecen estos materiales en el medio ambiente», afirma el autor principal, Marc Foster, estudiante de doctorado del Programa Conjunto MIT-WHOI. «Esto demuestra que la biodegradación del plástico depende en gran medida de la comunidad microbiana donde termina. También depende del plástico en sí: de la química del polímero y de cómo se fabrica. Es importante comprender estos procesos porque estamos intentando determinar la vida útil ambiental de estos materiales».
Descubriendo la colaboración
Los científicos esperan que el plástico biodegradable pueda utilizarse para abordar el problema de las enormes cantidades de residuos plásticos que se acumulan en nuestros océanos y vertederos.
«Más de la mitad del plástico producido termina en vertederos o se libera directamente al medio ambiente», afirma Foster. «Pero sin conocer los detalles de los diferentes procesos de degradación, no podremos predecir con precisión la vida útil de estos materiales ni controlar mejor dicha degradación».
Hasta la fecha, muchos estudios sobre la biodegradación de los plásticos se han centrado en organismos microbianos individuales, pero Foster afirma que eso no representa la forma en que la mayoría de los plásticos se descomponen en el medio ambiente.
«Es realmente raro que una sola bacteria lleve a cabo el proceso completo de degradación, ya que requiere una carga metabólica significativa para realizar todas las funciones enzimáticas necesarias para despolimerizar el polímero y luego utilizar esas subunidades químicas como fuente de carbono y energía», dice Foster.
Otros estudios han intentado capturar las huellas moleculares de grupos de bacterias mientras degradan el plástico, lo que proporciona una instantánea de las especies implicadas sin descubrir los mecanismos de acción.
Para este estudio, los investigadores querían descubrir el papel de especies bacterianas específicas en la degradación total del plástico. Comenzaron con un tipo de plástico biodegradable conocido como copoliéster alifático aromático . Este tipo de plástico se utiliza en bolsas de la compra y envases de alimentos. También se suele esparcir sobre el suelo de las granjas para evitar el crecimiento de malas hierbas y retener la humedad.
Para comenzar el estudio, investigadores de BASF, la empresa que fabrica ese tipo de plástico, colocaron muestras del producto a diferentes profundidades del mar Mediterráneo para permitir que las bacterias formaran una fina biopelícula alrededor del plástico. Posteriormente, la empresa envió las muestras a investigadores del MIT, quienes aislaron la mayor cantidad posible de especies bacterianas. Los investigadores mezclaron estos aislados e identificaron 30 especies bacterianas que continuaron creciendo abundantemente en el plástico.
Utilizando el dióxido de carbono como medida de la degradación del plástico, los investigadores aislaron cada bacteria y encontraron una, Pseudomonas pachastrellae , que podía despolimerizar los compuestos plásticos, descomponiéndolos en los tres componentes químicos del plástico: ácido tereftálico, ácido sebácico y butanodiol.
Pero esa bacteria no podía consumir los tres componentes por sí sola. Los investigadores expusieron cada bacteria a cada sustancia química una por una, sin encontrar ninguna que pudiera consumir las tres, aunque sí hallaron algunas especies que podían consumir una o dos sustancias químicas por separado.
Finalmente, los investigadores seleccionaron cinco especies bacterianas en función de sus capacidades de degradación complementarias y demostraron que el pequeño grupo exhibía la misma capacidad para degradar completamente el plástico que la comunidad bacteriana de 30 miembros.
«Logré minimizar el proceso de degradación a este conjunto simple de funciones metabólicas específicas», explica Foster. «Y luego, al eliminar una bacteria, la mineralización disminuyó, lo que indicaba que el organismo controlaba la degradación del polímero. Posteriormente, al cultivar cada bacteria por separado, ninguna alcanzó la misma degradación que las cinco juntas, lo que indicaba la necesidad de una función complementaria. Funcionó mucho mejor de lo que esperaba».
Los investigadores también descubrieron que la comunidad bacteriana de cinco miembros no podía mineralizar un plástico diferente, lo que demuestra que algunos grupos de bacterias solo pueden ser capaces de mineralizar plásticos específicos.
«Esto pone de manifiesto que los microbios que viven donde termina este plástico van a determinar la vida útil del mismo», afirma Foster.
Degradación más rápida del plástico
Foster señala que las bacterias de su estudio probablemente sean específicas del mar Mediterráneo. Además, el estudio solo incluyó bacterias que podían sobrevivir en su laboratorio. Aun así, Foster afirma que es uno de los primeros trabajos que identifica el papel de las bacterias en la degradación del plástico.
«La mayoría de los estudios no podrían identificar la bacteria específica que controla cada proceso de mineralización complementario», afirma Foster. «Aquí podemos decir que esta bacteria controla la degradación, estas otras se encargan de la mineralización, y luego mostramos la función de cada bacteria y demostramos que, en conjunto, pueden eliminar todo el polímero».
Foster afirma que este trabajo representa un importante primer paso hacia la creación de sistemas microbianos más eficaces para descomponer el plástico o transformarlo en algo útil. En su tesis doctoral, investiga qué factores contribuyen a que las parejas bacterianas sean eficaces para un consumo más rápido del plástico y cómo las enzimas se adhieren a las partículas de plástico para iniciar y continuar su degradación.
Detalles de la publicación
Marc J. Foster et al., Funciones bacterianas complementarias mejoran la mineralización de copoliesteres alifáticos aromáticos dentro de un consorcio microbiano marino, Environmental Science & Technology (2026). DOI: 10.1021/acs.est.5c14910
