En la actualidad, cuando enfrentamos grandes desafíos relacionados con la contaminación ambiental, especialmente los desechos plásticos, los descubrimientos sobre la capacidad de ciertas bacterias para descomponer plásticos representan un avance significativo. Un grupo de bacterias conocido como Comamonadacae ha llamado la atención de los investigadores debido a su capacidad para crecer en plásticos presentes en ríos urbanos y sistemas de aguas residuales. Hasta hace poco, no estaba claro cómo funcionaban exactamente estas bacterias y cuál era su impacto en la degradación del plástico.

Un equipo de investigadores de la Universidad Northwestern ha descubierto los mecanismos por los cuales las bacterias Comamonas descomponen el plástico para alimentarse. En un primer paso, las bacterias descomponen el plástico en pequeños trozos, conocidos como nanoplásticos, y luego segregan una enzima especializada que descompone aún más este plástico. Este proceso termina cuando las bacterias utilizan el anillo de átomos de carbono del plástico como fuente de alimento. Según Ludmilla Aristilde, quien dirigió el estudio publicado en la revista Environmental Science & Technology, este descubrimiento representa la primera descripción sistemática de cómo una bacteria de aguas residuales puede tomar material plástico, degradarlo, descomponerlo y utilizarlo como fuente de carbono.

Este conocimiento abre la puerta a nuevas posibilidades para desarrollar soluciones basadas en bacterias que podrían ayudar a eliminar los desechos plásticos difíciles de remover, que no solo contaminan el agua, sino que también dañan la fauna. Comprender estos mecanismos permitirá el desarrollo de soluciones bioingenieriles que podrían tener un impacto significativo en la rehabilitación ambiental.

Equipo de investigación

La profesora Ludmilla Aristilde se especializa en la dinámica de los materiales orgánicos en el medio ambiente y trabaja en la McCormick School of Engineering. También es miembro de varias instituciones, incluido el Centro de Biología Sintética y el Instituto Internacional de Nanotecnología. Los coautores del estudio incluyen a Rebecca Wilkes, exdoctoranda en el laboratorio de Aristilde, y Nanqing Zhou, actual investigador postdoctoral. Este estudio también es el resultado de la colaboración con varios estudiantes actuales y anteriores que han trabajado en el equipo de Aristilde.

El problema de la contaminación plástica

Este nuevo estudio se basa en investigaciones anteriores que revelaron los mecanismos que permiten a Comamonas testosteroni metabolizar los carbonos simples generados por la descomposición de plantas y plásticos. C. testosteroni crece en poli(tereftalato de etileno) (PET), un tipo de plástico que se utiliza comúnmente en envases de alimentos y botellas de bebidas. El PET es conocido por su resistencia a la degradación, lo que lo convierte en un factor importante de la contaminación plástica.

Según Aristilde, el plástico PET representa alrededor del 12 % del consumo global total de plásticos y es responsable de casi el 50 % de los microplásticos presentes en las aguas residuales. Por lo tanto, estudiar estas bacterias es crucial para comprender y resolver el problema de la contaminación plástica.

Capacidad natural para descomponer el plástico

Para comprender mejor la interacción entre C. testosteroni y el plástico, Aristilde y su equipo aplicaron varios enfoques teóricos y experimentales. Primero cultivaron las bacterias en películas y gránulos de PET y observaron los cambios en la superficie del material plástico a lo largo del tiempo. Además, analizaron el agua alrededor de las bacterias en busca de evidencia de plástico descompuesto en tamaños nanométricos más pequeños. Los investigadores también estudiaron el interior de las bacterias para identificar las herramientas que utilizan para descomponer el PET.

En presencia de bacterias, los microplásticos se descomponen en pequeñas nanopartículas, y los investigadores descubrieron que estas bacterias tienen una capacidad natural para descomponer el plástico hasta sus monómeros, pequeños bloques de construcción que se unen para formar polímeros. Estos pequeños componentes representan una fuente de carbono biodisponible que las bacterias pueden utilizar para su propio crecimiento y desarrollo.

Enzima clave

Aristilde también estaba interesada en investigar cómo C. testosteroni descompone el plástico. Utilizando técnicas ómicas, que permiten medir todas las enzimas dentro de una célula, su equipo identificó una enzima específica que se activa cuando la bacteria entra en contacto con el plástico PET. En colaboración con el Oak Ridge National Laboratory en Tennessee, los investigadores desarrollaron células bacterianas que no podían expresar esta enzima. Sorprendentemente, sin esta enzima, la capacidad de las bacterias para descomponer el plástico se redujo considerablemente.

Cómo cambia el plástico en el agua

Además de poder utilizar este descubrimiento para soluciones ecológicas, Aristilde enfatiza la importancia de comprender los cambios que sufre el plástico en las aguas residuales. Las aguas residuales representan un gran reservorio de microplásticos y nanoplásticos, y la mayoría de las personas piensan que estas partículas ingresan a los sistemas de tratamiento en su forma final. Sin embargo, la investigación muestra que los nanoplásticos pueden formarse durante el proceso de tratamiento de aguas residuales a través de la actividad microbiana.

Este conocimiento puede ayudar a comprender mejor el comportamiento del plástico mientras se desplaza de las aguas residuales a los ríos y lagos. Es importante monitorear cómo evoluciona el plástico en estos sistemas para desarrollar estrategias para eliminarlo y reducir su impacto ambiental.

Fuente: Northwestern University