Las colonias de desechos producen una bacteria con tres enzimas que pueden descomponer el poliéster

31 de agosto de 2023

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por Linda Stewart, Universidad Brunel

Los científicos han enriquecido residuos de poliestireno expandido de una playa en Irlanda para aislar una bacteria que se ha demostrado que contiene tres enzimas que podrían descomponer el poliéster.

El equipo, de la Universidad Brunel de Londres, está estudiando microorganismos que pueden degradar el plástico, con la esperanza de que los microorganismos o sus enzimas degradantes del plástico puedan usarse para gestionar el creciente problema de los desechos plásticos.

Su artículo de investigación "Enriquecimiento de comunidades de biopelículas asociadas al plástico nativo para mejorar la actividad degradante del poliéster" se publicó en la revista Environmental Microbiology.

"Si los microorganismos pueden degradar el plástico que no se puede reciclar, esto reducirá la cantidad de plástico que se incinera y se deposita en vertederos", dijo el autor correspondiente, el Dr. Ronan McCarthy.

"Muchos de los microorganismos y enzimas conocidos que degradan el plástico tienen una eficiencia naturalmente baja, por lo que debemos seleccionar organismos que tengan mayor eficiencia o diseñar las enzimas para que funcionen mejor. Descubrimos que las comunidades nativas de desechos plásticos pueden enriquecerse para las comunidades que tienen mejores actividad de degradación a través de nuestro experimento de enriquecimiento.

"Este método se puede aplicar a cualquier residuo de plástico y las condiciones del experimento de enriquecimiento se pueden adaptar para optimizar el aislamiento de bacterias que son apropiadas para el cultivo industrial por lotes. También identificamos tres enzimas supuestas que podrían estar involucradas en la degradación del poliéster".

El equipo recolectó comunidades bacterianas nativas de los desechos plásticos ambientales y luego llevó a cabo un experimento de enriquecimiento para encontrar comunidades que habían mejorado sus capacidades de degradación del plástico después de tener solo los desechos plásticos como fuente de carbono.

Observaron un cambio en la composición de la comunidad e identificaron una cepa de Pseudomonas stutzeri que tenía tres enzimas putativas que podrían desempeñar un papel en la degradación del poliéster.

"Los desechos plásticos son un problema mundial cada vez mayor y las soluciones sostenibles o respetuosas con el medio ambiente son limitadas para hacer frente a grandes cantidades", afirmó el Dr. McCarthy.

"Si bien el reciclaje puede ofrecer una segunda vida a algunos plásticos, no todos los tipos de plástico se reciclan fácilmente y el plástico sólo se puede reciclar unas pocas veces. Sólo el 9% de todos los residuos plásticos se han reciclado.

"El plástico que no se puede reciclar se incinera o se deposita en vertederos, pero una solución más respetuosa con el medio ambiente podría ser utilizar microorganismos para degradar el plástico, y los productos de la descomposición se pueden utilizar en diferentes industrias o incluso para fabricar plástico nuevo.

"Queríamos encontrar nuevas bacterias que pudieran degradar el plástico, específicamente queríamos recolectarlas de los desechos plásticos ambientales para mejorar las posibilidades de que pudieran degradarlo.

"No sólo queríamos aislar a la comunidad nativa de los desechos plásticos, sino que queríamos mejorarla, porque la actividad natural que degrada el plástico tiende a ser demasiado lenta e ineficiente para su aplicación en la industria".

El objetivo era aislar y caracterizar comunidades nativas de bacterias a partir de residuos plásticos. En el laboratorio, el equipo descubrió que el poliestireno expandido promovía que la mayoría de las bacterias formaran comunidades de biopelículas en él.

Esto podría deberse a que el poliestireno expandido está lleno de orificios para el aire y flota en el océano, lo que permite que muchas bacterias se adhieran a él y estén protegidas de los elementos.

"Como queríamos recolectar comunidades nativas asociadas con el plástico, buscamos desechos de poliestireno expandido para aumentar la cantidad de bacterias presentes. Recolectamos desechos de poliestireno expandido de una playa en Irlanda y los llevamos al laboratorio en Londres", dijo el Dr. McCarthy dicho.

"Establecimos un experimento de enriquecimiento en el que dividimos cada pieza de poliestireno expandido en dos. La mitad se cultivó durante la noche en un caldo rico para recolectar la comunidad de bacterias originalmente aislada. La segunda pieza se incubó durante casi dos meses en un caldo sin fuente de carbono para que las bacterias crezcan, excepto los desechos plásticos en sí, para enriquecer la comunidad de bacterias para aquellas especies que son capaces de sobrevivir y crecer solo con los desechos plásticos como energía".

Después del experimento de enriquecimiento, los investigadores recolectaron la comunidad enriquecida del caldo y probaron su capacidad de degradación del plástico. Inicialmente compararon cómo las comunidades original y enriquecida podrían degradar la policaprolactona (PCL), que es un modelo para la degradación del poliéster.

Siete de las comunidades enriquecidas pudieron degradar el PCL y pudieron hacerlo mejor que la comunidad original; en la mayoría de los casos, la comunidad original no mostró signos de poder degradar el PCL.

Al comparar un conjunto particular, PS13, la comunidad original degradó débilmente el PCL, pero cuando se probó a nivel de colonia individual, solo el 4,8% de las colonias pudo degradar el PCL después de tres días, mientras que la comunidad enriquecida degradó fuertemente el PCL y el 94,7% de las colonias pudieron degradar el PCL. degradar el PCL después de tres días.

"Analizamos más a fondo PS13: la secuenciación de la comunidad encontró que la comunidad original era bastante diversa, mientras que la comunidad enriquecida era predominantemente Pseudomonas stutzeri", dijo el Dr. McCarthy.

"Aislamos una fuerte colonia degradante de PCL de cada una de las siete comunidades enriquecidas con degradación de PCL. Se descubrió que seis de ellas también eran Pseudomonas stutzeri, aunque todas son cepas diferentes con fenotipos variables, pero están estrechamente relacionadas.

"La séptima era una especie de Bacillus, que son degradadores de plástico bastante conocidos, a diferencia de Pseudomonas stutzeri. Descubrimos que la PS13 Pseudomonas stutzeri podía crecer utilizando PCL como única fuente de carbono, y realizamos la secuenciación del genoma completo de esta cepa.

"La secuenciación reveló que esta cepa contenía tres enzimas putativas con secuencias similares a las enzimas conocidas que degradan el poliéster y el PET. En particular, PsP1 coincidía muy fuertemente con la PmC, lo que indica que podría ser una nueva enzima que degrada el poliéster".

El Dr. McCarthy dijo que fue sorprendente descubrir que tantas de las comunidades enriquecidas fueran dominantes en Pseudomonas stutzeri.

"La presencia de estas enzimas que degradan el poliéster no se ha descrito previamente en Pseudomonas stutzeri. También es relativamente raro tener una enzima PETasa y una enzima MHETasa en una sola bacteria", dijo.

Los estudios futuros podrían centrarse en realizar el mismo experimento de enriquecimiento en diferentes muestras de residuos plásticos para identificar nuevas especies de bacterias que puedan degradar diferentes tipos de plástico.

"Ofrece una forma prometedora de enriquecer especies que pueden prosperar en los desechos plásticos. Cuantas más bacterias encontremos que sean capaces de degradar plásticos más diversos, mejores opciones tendremos para aplicaciones industriales de microorganismos para degradar los desechos plásticos", dijo el Dr. McCarthy. dicho.

"Las tres supuestas enzimas que encontramos se investigarán más a fondo para confirmar si son activas contra el poliéster. Si lo son, podrían agregarse al repertorio de enzimas conocidas que degradan el plástico, que podrían diseñarse para tener una actividad aún mejor".

Más información: Sophie A. Howard et al, Enriquecimiento de comunidades de biopelículas nativas asociadas al plástico para mejorar la actividad degradante del poliéster, Microbiología ambiental (2023). DOI: 10.1111/1462-2920.16466

Información de la revista:Microbiología ambiental

Proporcionado por la Universidad Brunel