Comunità microbiche per il degrado della plastica

I batteri sono estremamente adattabili. Più la plastica entra nell’ambiente, più è probabile che trovino modi per estrarre energia dalla plastica e degradarla nel processo. Noi umani potremmo trarne vantaggio. Il trucco sta nel trovare i rispettivi batteri e combinarli in modi nuovi. I ricercatori di Kiel stanno ora proponendo un nuovo approccio che dovrebbe rendere la ricerca più veloce e il degrado della plastica più efficace.

Per decenni, l’umanità ha utilizzato le capacità dei batteri per mantenere pulito l’ambiente. Un esempio ben noto è la fase biologica degli impianti di trattamento delle acque reflue. Qui, batteri e altri microrganismi degradano gli inquinanti organici delle acque reflue nelle loro parti costituenti. Ma nel recente passato, la quantità di rifiuti costituiti da composti polimerici di carbonio, comunemente chiamati plastica, è aumentata in modo significativo. Finora, non si conosce quasi nessun batterio in grado di degradare la plastica. Tuttavia, in tutto il mondo la loro ricerca è in pieno svolgimento.

Testare intere comunità batteriche

Un gruppo di scienziati del Geomar Helmholtz Center for Ocean Research Kiel e Kiel University propone un metodo precedentemente trascurato per scoprire metodi di degradazione naturale più rapidi ed efficaci per la plastica a base di batteri. “Dimostriamo che avrebbe molto più senso testare intere comunità batteriche per le loro capacità invece di cercare singole specie batteriche che producono enzimi con cui possono degradare la plastica”, afferma Peter Deines di Geomar, autore principale dello studio.

Il classico schermo per batteri con capacità specifiche si concentra sulle singole specie. Una volta identificato, ad esempio, come in grado di utilizzare un enzima specifico per abbattere un particolare tipo di plastica, le informazioni genetiche del batterio vengono sottoposte a screening per ricavare il codice di quell’enzima. “Ma così facendo, c’è il rischio di rilevare solo informazioni già note e trascurare altre importanti proprietà batteriche”, afferma Deines.

Inoltre, concentrarsi su una singola specie batterica limita le possibilità di successive applicazioni del batterio e del suo enzima, ad esempio nei bioreattori. “Sappiamo dalla biologia dell’ecosistema che le monocolture non sono molto resistenti. In effetti, i bioreattori con una sola specie batterica sono soggetti a un alto tasso di fallimento”, riferisce il microbiologo di Kiel.

Ecosistemi batterici a contatto con la plastica

Nell’approccio preferito da lui e dai suoi colleghi, interi ecosistemi batterici vengono quindi campionati in luoghi in cui è molto probabile che i batteri entrino in contatto con la plastica. Questi possono essere gli stomaci dei pesci, i biofilm di grandi alghe o i sedimenti dei fondali marini. In laboratorio, queste comunità batteriche in gran parte inesplorate vengono quindi ulteriormente esposte alla plastica. Se una comunità è in grado di degradare la plastica, viene selezionata per il passaggio successivo.

“Proponiamo di allevare intere comunità batteriche in laboratorio per una maggiore degradazione della plastica. Questo processo può essere considerato molto simile all’allevamento per determinati tratti nelle razze di animali domestici o piante. Quando si utilizza questo metodo, non è necessario sapere in anticipo quello che si sta cercando, ma siamo completamente aperti ai risultati. Il rischio di trascurare le capacità è molto più basso. Dopo tutto, un batterio che non può fare nulla con la plastica da solo potrebbe dare un contributo decisivo al suo degrado in un comunità complessa “, afferma Deines. La successiva selezione artificiale in laboratorio fornisce alle comunità microbiche la possibilità di migliorare le loro capacità di degrado della plastica nel corso di diverse generazioni.”Qui stiamo usando un approccio derivato dalla biologia evolutiva”, aggiunge.

Il team prevede di mettere in pratica i metodi proposti nel prossimo futuro, concentrandosi principalmente sulle comunità batteriche dell’oceano. “In definitiva, l’oceano è il principale pozzo in cui finiscono la maggior parte dei rifiuti e degli inquinanti. Come parte del progetto Plastisea, abbiamo già ottenuto molti campioni dall’Atlantico centrale. Ora li stiamo usando per cercare modi per biodegradare la plastica sia nel metodo classico sia con il nuovo metodo. Ma, naturalmente, questo può anche essere utilizzato per cercare opzioni di degradazione per molti altri inquinanti”, afferma il coautore Hentschel Humeida, capo dell’unità di ricerca Marine Symbioses presso Geomar.