Batteri che digeriscono la plastica: nuovi progressi

Uno degli ambiti di ricerca più promettenti nell’ambito dell’economia circolare è senza dubbio quello dei batteri che digeriscono la plastica, che vede impegnati diversi team di ricerca. in tutto il mondo.

Abbiamo già dato conto di questo ambito di ricerca anche in articoli recenti. Questa volta presentiamo i risultati di un team di ricerca della Northwestern University che ha scoperto di quello che può fare in questo ambito anche un batterio comune, appartenente alla famiglia Comamonadacae.

I ricercatori hanno infatti osservato da tempo che una comune famiglia di batteri ambientali, i Comamonadacae, cresce sulla plastica disseminata nei fiumi urbani e nei sistemi di acque reflue. Ma cosa facciano esattamente questi batteri è rimasto un mistero.

Ora, i ricercatori della Northwestern hanno scoperto come le cellule di un batterio Comamonas scompongano la plastica per nutrirsi. Innanzitutto, masticano la plastica in piccoli pezzi, chiamati nanoplastica. Poi secernono un enzima specializzato che rompe ulteriormente la plastica. Infine, i ricercatori hanno riscontrato che i batteri utilizzano un anello di atomi di carbonio della plastica come fonte di cibo.

Mechanisms of Polyethylene Terephthalate Pellet Fragmentation into Nanoplastics and Assimilable Carbons by Wastewater Comamonas | Environmental Science & Technology

“Abbiamo dimostrato in modo sistematico, per la prima volta, che un batterio delle acque reflue può prendere un materiale plastico di partenza, deteriorarlo, frammentarlo, scomporlo e usarlo come fonte di carbonio”, ha dichiarato Ludmilla Aristilde della Northwestern, che ha guidato lo studio, pubblicato sulla rivista Environmental Science & Technology. “È sorprendente come questo batterio sia in grado di eseguire l’intero processo e abbiamo identificato un enzima chiave responsabile della scomposizione dei materiali plastici”.

La scoperta apre nuove possibilità di sviluppo per soluzioni ingegneristiche basate sui batteri che aiutino a ripulire i rifiuti di plastica difficili da rimuovere, che inquinano l’acqua potabile e danneggiano la fauna selvatica.

Il fenomeno dell’inquinamento

Il nuovo studio si basa su una precedente ricerca del team di Aristilde, che ha svelato i meccanismi che consentono a Comamonas testosteroni di metabolizzare i carboni semplici generati dalla disgregazione di piante e plastica. Nella nuova ricerca, Aristilde e il suo team hanno preso nuovamente in considerazione C. testosteroni, che cresce sul polietilene tereftalato (PET), un tipo di plastica comunemente usato negli imballaggi alimentari e nelle bottiglie per bevande. Poiché non si decompone facilmente, il PET è uno dei principali responsabili dell’inquinamento da plastica.

“La plastica PET rappresenta il 12% dell’uso totale di plastica a livello mondiale”, ha ricordato Aristilde. “E rappresenta fino al 50% delle microplastiche presenti nelle acque reflue”.

Un’innata capacità di degradare la plastica

Per capire meglio come C. testosteroni interagisce con la plastica e se ne nutre, Aristilde e il suo team hanno utilizzato diversi approcci teorici e sperimentali. In primo luogo, hanno coltivato i batteri su pellicole e pellet di PET e hanno osservato come la superficie del materiale plastico cambiasse nel tempo. Poi hanno esaminato l’acqua intorno ai batteri, alla ricerca di tracce di plastica scomposta in pezzi di dimensioni nanometriche. Infine, i ricercatori hanno guardato all’interno dei batteri per individuare gli strumenti utilizzati dai batteri per aiutare a degradare il PET.

“In presenza del batterio, le microplastiche sono state scomposte in minuscole nanoparticelle di plastica”, ha detto Aristilde. “Abbiamo scoperto che il batterio delle acque reflue ha una capacità innata di degradare la plastica fino ai monomeri, piccoli blocchi che si uniscono per formare polimeri. Queste piccole unità sono una fonte biodisponibile di carbonio che i batteri possono utilizzare per la crescita”.

Un enzima chiave

Aristilde ha poi voluto capire come C. testosteroni possa scomporre la plastica. Attraverso tecniche omiche che possono misurare tutti gli enzimi all’interno della cellula, il suo team ha scoperto un enzima specifico che il batterio manifestava quando era esposto alla plastica PET. Per esplorare ulteriormente il ruolo di questo enzima, Aristilde ha chiesto ai collaboratori dell’Oak Ridge National Laboratory in Tennessee di preparare cellule batteriche prive della capacità di esprimere l’enzima. È sorprendente che, senza questo enzima, la capacità dei batteri di degradare la plastica sia andata persa o sia diminuita in modo significativo.

Come cambiano le materie plastiche nell’acqua

Sebbene Aristilde immagini che questa scoperta possa essere potenzialmente sfruttata per soluzioni ambientali, sostiene anche che questa nuova conoscenza possa aiutare a capire meglio come si evolve la plastica nelle acque reflue.

“Le acque reflue sono un enorme serbatoio di microplastiche e nanoplastiche”, ha detto Aristilde. “La maggior parte delle persone pensa che le nanoplastiche entrino negli impianti di trattamento delle acque reflue sotto forma di nanoplastica. Ma noi stiamo dimostrando che le nanoplastiche possono formarsi durante il trattamento delle acque reflue attraverso l’attività microbica. È un aspetto a cui dobbiamo prestare attenzione, poiché la nostra società cerca di capire il comportamento della plastica durante il suo viaggio dalle acque reflue ai fiumi e ai laghi che la ricevono”.

Fonte articolo: Wastewater bacteria can break down plastic for food – Northwestern Now | Immagini: Ludmilla Aristilde/Northwestern University