Las vacas tienen en sus estómagos microbios capaces de devorar algunos plásticos

Biología

Los microbios extraídos del estómago de las vacas pueden devorar ciertos tipos de plástico, incluido el tereftalato de polietileno (PET) que se usa en las botellas de refrescos, los envases de alimentos y las telas sintéticas. Los científicos descubrieron estos microbios en un líquido extraído del rumen, el compartimento más grande del estómago de un rumiante. Los rumiantes incluyen animales con pezuñas como el ganado vacuno y ovino, que dependen de microorganismos para ayudar a descomponer su dieta de vegetación gruesa.

El rumen actúa como una incubadora para estos microbios, que digieren o fermentan los alimentos consumidos por una vaca u otro rumiante, según la Universidad de Minnesota. Los investigadores sospecharon que algunos microbios que acechan en el rumen de una vaca deberían ser capaces de digerir poliésteres, sustancias cuyas moléculas componentes están unidas por los llamados grupos éster.

Eso es porque, debido a sus dietas herbívoras, las vacas consumen un poliéster natural producido por plantas llamado cutina. Como poliéster sintético, el PET comparte una estructura química similar a esta sustancia natural.

La cutina constituye la mayor parte de la cutícula, o la capa exterior cerosa de las paredes celulares de las plantas, y se puede encontrar en abundancia en las cáscaras de tomates y manzanas, por ejemplo, dijo la autora correspondiente Doris Ribitsch, científica principal de la Universidad de Ciencias Naturales. Recursos y Ciencias de la Vida en Viena.

“Cuando los hongos o las bacterias quieren penetrar en esas frutas, están produciendo enzimas que pueden escindir esta cutina” o escindir los enlaces químicos dentro de la sustancia, dijo Ribitsch a Live Science.

Específicamente, una clase de enzimas llamadas cutinasas pueden hidrolizar la cutina, lo que significa que desencadenan una reacción química en la que las moléculas de agua rompen la sustancia en pedazos. Ribitsch y sus colegas han aislado este tipo de enzimas de microbios en el pasado y se dieron cuenta de que las vacas podrían ser una fuente de insectos comedores de poliéster similares.

“Estos animales están consumiendo y degradando una gran cantidad de material vegetal, por lo que es muy probable que pueda encontrar tales microbios” viviendo en el estómago de las vacas, dijo.

Y, de hecho, en su nuevo estudio, publicado el viernes (2 de julio) en la revista Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, los investigadores encontraron que los microbios del rumen de la vaca podrían degradar no solo el PET sino también otros dos plásticos: el tereftalato de adipato de polibutileno (PBAT), utilizado en bolsas de plástico compostables, y furanoato de polietileno (PEF), elaborado a partir de materiales renovables derivados de plantas. Para evaluar qué tan bien estos microbios transmitidos por el rumen podían comer plástico, el equipo incubó cada tipo de plástico en líquido ruminal durante uno a tres días. Luego, podrían medir los subproductos liberados por los plásticos, para determinar si los insectos descomponen los materiales en sus componentes y en qué medida. El líquido del rumen descompuso el PEF de manera más eficiente, pero degradó los tres tipos de plástico, informó el equipo.

Luego, el equipo tomó muestras de ADN del líquido del rumen para tener una idea de qué microbios específicos podrían ser responsables de la degradación del plástico. Aproximadamente el 98% del ADN pertenecía al reino de las bacterias, siendo el género más predominante Pseudomonas, del cual se ha demostrado que varias especies descomponen los plásticos en el pasado, según informes de la revista Applied Microbiology and Biotechnology y la Journal of Hazardous Materials. Las bacterias del género Acinetobacter también aparecieron en grandes cantidades en el líquido y, del mismo modo, se ha demostrado que varias especies dentro del género descomponen los poliésteres sintéticos, según un informe de 2017 en el Journal of Agricultural and Food Chemistry.

De cara al futuro, Ribitsch y su equipo quieren caracterizar completamente las bacterias que comen plástico en el líquido del rumen y determinar qué enzimas específicas usan las bacterias para descomponer los plásticos. Si identifican enzimas que podrían ser potencialmente útiles para el reciclaje, pueden diseñar genéticamente microbios que produzcan esas enzimas en grandes cantidades, sin la necesidad de recolectar dichos microbios directamente del estómago de las vacas.

De esta manera, las enzimas se pueden producir de manera fácil y económica, para su uso a escala industrial, dijo Ribitsch. En ese sentido, Ribitsch y su equipo ya han patentado un método de reciclaje en el que los materiales textiles se exponen a varias enzimas en secuencia; el equipo identificó estas enzimas en trabajos anteriores.

El primer lote de enzimas corroe las fibras de la tela en el material, mientras que el siguiente lote de enzimas va tras poliésteres específicos. Esto funciona porque cada enzima se dirige a estructuras químicas muy específicas y, por lo tanto, no descompondrá cualquier material que encuentre. De esta manera, los textiles que contienen múltiples materiales pueden reciclarse sin primero separarse en sus componentes, explicó Ribitsch. Según el nuevo estudio, los rumos de las vacas pueden representar otro entorno en el que descubrir este tipo de enzimas útiles, pero tales enzimas surgen en muchos lugares de la naturaleza, dijo David Levin, biólogo molecular y biotecnólogo del Departamento de Ingeniería de Biosistemas de la Universidad de Manitoba, que no participó en la investigación.

Por ejemplo, la primera bacteria que se encontró capaz de consumir PET fue Ideonella sakaiensis, una especie involucrada en la fermentación del sake, dijo Levin. Ciertos organismos marinos secretan cutinasas que pueden descomponer el plástico, al igual que varios hongos que infectan las plantas terrestres, anotó. Hasta ahora, los científicos han tenido suerte al encontrar enzimas que se alimentan de plástico que descomponen el PET y los plásticos biodegradables como PBAT y PEF, pero ahora, el verdadero desafío radica en encontrar enzimas para descomponer los productos plásticos más problemáticos, dijo Levin.

Por ejemplo, los plásticos como el polietileno y el polipropileno están compuestos en gran parte por enlaces fuertes entre átomos de carbono, y esta estructura limita la capacidad de las enzimas para agarrar las moléculas e impulsar la hidrólisis, dijo Ribitsch. Entonces, aunque los científicos ya han descubierto, caracterizado y comercializado enzimas para degradar el PET, los investigadores todavía están a la caza de microbios que puedan manejar polietileno y polipropileno, dijo Levin.

Levin y su laboratorio han identificado algunos candidatos prometedores en este frente, pero todavía están descubriendo cómo maximizar los poderes de comer plástico de los insectos. Ribitsch dijo que su equipo también está atento a los microbios que pueden consumir polietileno y se pregunta si los insectos podrían estar al acecho en el estómago de las vacas.

“Quizás podamos encontrar, en comunidades tan grandes, como en el líquido del rumen, enzimas que también pueden degradar el polipropileno y el polietileno”, dijo.

Fuente: Live Science.

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