Un team di ricercatori ha 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 è rimasto un mistero.
Scoperti batteri che scompongono la plastica
Il team di ricerca, guidato dalla Northwestern University ha scoperto come le cellule di un batterio Comamonas scompongono la plastica per ricavarne cibo. Per prima cosa, masticano la plastica in piccoli pezzi, chiamati nanoplastiche. Poi, secernono un enzima specializzato che scompone ulteriormente la plastica. Infine, i batteri usano un anello di atomi di carbonio della plastica come fonte di cibo.
La scoperta apre nuove possibilità per lo sviluppo di soluzioni ingegneristiche basate sui batteri, utili per ripulire i rifiuti di plastica difficili da rimuovere, che inquinano l’acqua potabile e danneggiano la fauna selvatica.
Lo studio è stato sulla rivista Environmental Science & Technology.
Lo studio
“Abbiamo dimostrato sistematicamente, 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 affermato Ludmilla Aristilde della Northwestern, che ha guidato lo studio.
“È sorprendente che questo batterio possa eseguire l’intero processo e abbiamo identificato un enzima chiave responsabile della scomposizione dei materiali plastici. Questo potrebbe essere ottimizzato e sfruttato per aiutare a liberarsi della plastica dall’ambiente“.
Esperta nella dinamica degli organici nei processi ambientali, Aristilde è Professoressa associata di ingegneria ambientale presso la McCormick School of Engineering della Northwestern. È anche membro del Center for Synthetic Biology, dell’International Institute for Nanotechnology e del Paula M. Trienens Institute for Sustainability and Energy. I primi co-autori dello studio sono Rebecca Wilkes, ricercatrice nel laboratorio di Aristilde, e Nanqing Zhou, attuale associata post-dottorato nel laboratorio di Aristilde. Anche diversi ex ricercatori e universitari dell’Aristilde Lab hanno contribuito alla ricerca.
Il nuovo studio si basa su precedenti ricerche del team di Aristilde, che hanno svelato i meccanismi che consentono ai batteri Comamonas testosteri di metabolizzare i carboni semplici generati da piante e plastiche decomposte. Nella nuova ricerca, Aristilde e il suo team hanno nuovamente esaminato C. testosteroni, che cresce su polietilene tereftalato (PET), un tipo di plastica comunemente utilizzata negli imballaggi per alimenti e nelle bottiglie per bevande. Poiché non si decompone facilmente, il PET è un importante fattore che contribuisce all’inquinamento da plastica.
“È importante notare che la plastica PET rappresenta il 12% dell’uso totale di plastica a livello globale”, ha spiegato Aristilde: “E rappresenta fino al 50% delle microplastiche nelle acque reflue“.
Per comprendere meglio come i batteri C. testosteroni interagisce e si nutre della plastica, Aristilde e il suo team hanno utilizzato molteplici approcci teorici e sperimentali. Per prima cosa, hanno preso un batterio, isolato dalle acque reflue, e lo hanno fatto crescere su pellicole e pellet di PET.
Successivamente, hanno utilizzato la microscopia avanzata per osservare come la superficie del materiale plastico cambiava nel tempo. I ricercatori hanno esaminato l’acqua attorno ai batteri, cercando prove di plastica scomposta in pezzi più piccoli di dimensioni nanometriche, e, infine, i ricercatori hanno esaminato l’interno dei batteri per individuare gli strumenti che i batteri hanno utilizzato per aiutare a degradare il PET.
“In presenza del batterio, le microplastiche sono state scomposte in minuscole nanoparticelle di plastica”, ha affermato Aristilde: “Abbiamo scoperto che il batterio delle acque reflue ha una capacità innata di degradare la plastica fino ai monomeri, piccoli elementi costitutivi che si uniscono per formare polimeri. Queste piccole unità sono una fonte biodisponibile di carbonio che i batteri possono utilizzare per la crescita”.
Dopo aver confermato che C. testosteroni può effettivamente scomporre la plastica, Aristilde ha voluto scoprire come. Attraverso tecniche omiche in grado di misurare tutti gli enzimi all’interno della cellula, il suo team ha scoperto un enzima specifico espresso dal batterio quando esposto a plastica PET.
Per esplorare ulteriormente il ruolo di questo enzima, Aristilde ha chiesto ai collaboratori dell’Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee di preparare cellule batteriche prive della capacità di esprimere l’enzima. Sorprendentemente, senza quell’enzima, la capacità del batterio di degradare la plastica è andata persa o è notevolmente diminuita.
Conclusioni
Sebbene Aristilde immagini che questa scoperta possa potenzialmente essere sfruttata per trovare soluzioni ambientali, sostiene anche che questa nuova conoscenza può aiutare le persone a comprendere meglio come la plastica si evolve nelle acque reflue.
“Le acque reflue sono un’enorme riserva di microplastiche e nanoplastiche“, ha concluso Aristilde: “La maggior parte delle persone pensa che le nanoplastiche entrino negli impianti di trattamento delle acque reflue come nanoplastiche”.
“Stiamo dimostrando che le nanoplastiche possono formarsi durante il trattamento delle acque reflue attraverso l’attività microbica. È qualcosa a cui dobbiamo prestare attenzione mentre la nostra società cerca di comprendere il comportamento delle plastiche durante il loro percorso dalle acque reflue ai fiumi e ai laghi riceventi”.
