Arriba: Imágenes microscópicas de la especie tunicada C. robusta expuestas a partículas de poliestireno, un tipo de nanoplástico.
Utiliza tunicados, una especie marina que se alimenta por filtración
Si has estado en tu playa habitual, es posible que hayas notado que el viento arroja basura, como una bolsa de papas fritas vacía o una pajita de plástico. Estos plásticos a menudo llegan al océano y afectan no solo la vida marina y el medio ambiente, sino que también amenazan la seguridad alimentaria y la salud humana.
Con el tiempo, muchos de estos plásticos se descomponen en tamaños microscópicos, lo que dificulta a los científicos cuantificarlos y medirlos. Los investigadores llaman a estos increíblemente pequeños fragmentos nanoplásticos y microplásticos porque no son visibles a simple vista.
Ahora, en un esfuerzo multiorganizacional liderado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y el Centro Común de Investigación (JRC) de la Comisión Europea, los investigadores están recurriendo a una parte inferior de la cadena alimentaria para resolver este problema.
Los investigadores han desarrollado un novedoso método que utiliza una especie marina que se alimenta por filtración para recolectar estos pequeños plásticos del agua del océano.
Los plásticos consisten en materiales sintéticos conocidos como polímeros que generalmente están hechos de petróleo y otros combustibles fósiles. Cada año se producen más de 300 millones de toneladas de plásticos y 8 millones de toneladas terminan en el océano. Los tipos de plásticos más comunes que se encuentran en entornos marinos son el polietileno y el polipropileno. El polietileno de baja densidad se usa comúnmente en bolsas de plástico para comestibles o anillos de seis paquetes para latas de refrescos. El polipropileno se usa comúnmente en envases de alimentos reutilizables o tapas de botellas.
"La luz solar y otros procesos químicos y mecánicos hacen que estos objetos plásticos se vuelvan cada vez más pequeños", dijo el investigador del NIST Vince Hackley. "Con el tiempo cambian su forma y tal vez incluso su química".
Si bien no existe una definición oficial para estos nanoplásticos más pequeños, los investigadores generalmente los describen como productos artificiales que el medio ambiente descompone en pedazos microscópicos. Por lo general, tienen el tamaño de una millonésima parte de un metro (un micrómetro o una micra) o menos.
Estos pequeños plásticos presentan muchos peligros potenciales para el medio ambiente y la cadena alimentaria. "A medida que los materiales plásticos se degradan y se vuelven más pequeños, son consumidos por peces u otros organismos marinos como los moluscos. Por ese camino terminan en el sistema alimentario y luego en nosotros. Esa es la gran preocupación", dijo Hackley.
En busca de ayuda para medir los nanoplásticos, los investigadores recurrieron a un grupo de especies marinas conocidas como tunicados, que procesan grandes volúmenes de agua a través de sus cuerpos para obtener alimentos y oxígeno y, sin querer, nanoplásticos. Lo que hace que los tunicados sean tan útiles para este proyecto es que pueden ingerir nanoplásticos sin afectar la forma o el tamaño de los plásticos.
Imagen: Diagrama que representa la circulación del agua dentro de un tunicado adulto, C. Robusta. Los puntos rojos significan partículas de mayor tamaño, mientras que los puntos verdes son más pequeños, que pueden incluir nanoplásticos y se muestra que a veces se expulsan del tunicado o se acumulan en las gónadas (glándula reproductora). Credit: A. Valsesia et al. via Creative Commons (creativecommons.org/licenses/by/4.0), adapted by N. Hanacek/NIST
Para su estudio, los investigadores eligieron una especie de tunicado conocida como C. robusta porque "tienen una buena eficiencia de retención de micro y nanopartículas", dijo Andrea Valsesia, investigadora de la Comisión Europea. Los investigadores obtuvieron especímenes vivos de la especie como parte de una colaboración con el Instituto de Bioquímica y Biología Celular y el instituto de investigación Stazione Zoologica Anton Dohrn, ambos en Nápoles, Italia.
Los tunicados fueron expuestos a diferentes concentraciones de poliestireno, un plástico versátil, en forma de partículas nanométricas. Luego, los tunicados se recolectaron y luego se sometieron a un proceso de digestión química, que separó los nanoplásticos de los organismos. Sin embargo, durante esta etapa, algunos compuestos orgánicos residuales digeridos por el tunicado todavía se mezclaban con los nanoplásticos, posiblemente interfiriendo con la purificación y el análisis de los plásticos.
Entonces, los investigadores utilizaron una técnica de aislamiento adicional llamada fraccionamiento de flujo de campo de flujo asimétrico (AF4) para separar los nanoplásticos del material no deseado. Los nanoplásticos separados o "fraccionados" podrían recolectarse para su posterior análisis. "Ese es uno de los mayores problemas en este campo: la capacidad de encontrar estos nanoplásticos y aislarlos y separarlos del entorno en el que existen", dijo Valsesia.
Las muestras de nanoplásticos se colocaron luego en un chip especialmente diseñado, diseñado para que los nanoplásticos formaran grupos, lo que facilita su detección y recuento en la muestra. Por último, los investigadores utilizaron la espectroscopia Raman, una técnica no invasiva basada en láser, para caracterizar e identificar la estructura química de los nanoplásticos.
Imagen: Clavelina robusta (en color blanco y negro se muestra en la parte inferior izquierda de la imagen)
Los chips especiales ofrecen ventajas sobre los métodos anteriores. "Normalmente, el uso de la espectroscopía Raman para identificar nanoplásticos es un desafío, pero con los chips diseñados los investigadores pueden superar esta limitación, que es un paso importante para la potencial estandarización de este método", dijo Valsesia. "El método también permite la detección de nanoplásticos en el tunicado con alta sensibilidad porque concentra las nanopartículas en ubicaciones específicas del chip".
Los investigadores esperan que este método pueda sentar las bases para futuros trabajos. "Casi todo lo que estamos haciendo está en el límite. No hay métodos o medidas ampliamente adoptados", dijo Hackley. "Este estudio por sí solo no es el punto final. Es un modelo de cómo hacer las cosas en el futuro".
Entre otras posibilidades, este enfoque podría allanar el camino para el uso de tunicados como indicadores biológicos de la salud de un ecosistema. "Los científicos podrían analizar tunicados en un lugar particular para observar la contaminación nanoplástica en esa área", dijo Jérémie Parot, quien trabajó en este estudio mientras estaba en NIST y ahora está en SINTEF Industry, un instituto de investigación en Noruega.
Los investigadores del NIST y del JRC continúan trabajando juntos a través de un acuerdo de colaboración y esperan que proporcione bases adicionales para este campo, como un material de referencia para nanoplásticos. Por ahora, la metodología de varios pasos del grupo proporciona un modelo para que se basen en él otros científicos y laboratorios. "La parte más importante de esta colaboración fue la oportunidad de intercambiar ideas sobre cómo podemos hacer las cosas juntos en el futuro", dijo Hackley.
El equipo publicó sus hallazgos como un estudio de prueba de principio en la revista científica Microplastics and Nanoplastics: Detection, counting and characterization of nanoplastics in marine bioindicators: a proof of principle study
