Efecto sobre el PBS de microbios recolectados del agua de mar
Una bacteria que pueda degradar el polímero común succinato de polibutileno (PBS), que naturalmente se biodegrada sólo de forma limitada en ambientes marinos, podría conducir a mejores formas de reciclar este polímero.
El potencial de la bacteria y su molécula enzimática que descompone el PBS fueron descubiertos por investigadores de la Universidad de Hokkaido, en colaboración con colegas del Mitsubishi Chemical Group en Japón.
El PBS generalmente se considera un polímero ecológico debido a su biodegradabilidad cuando se desecha en la tierra y se expone a la atmósfera. Esto ha llevado a su mayor uso desde principios de la década de 1990 en plásticos industriales, incluidas películas para mantillo, bolsas compostables y envases para catering. Pero muchos plásticos desechados acaban acabando en el mar y, desgraciadamente, el PBS no se biodegrada bien en ese entorno.
"La contaminación plástica en el océano es un problema global y debemos abordarlo obteniendo una nueva comprensión del comportamiento del plástico en ese entorno y nuevas tecnologías para abordar la contaminación", dice Tomoo Sawabe, líder del equipo de investigación de la Facultad de Ciencias Pesqueras de la Universidad de Hokkaido.
Como hasta ahora sólo se había descubierto un pequeño número de microorganismos marinos capaces de biodegradar el PBS, Sawabe y sus colegas se propusieron intentar encontrar otros, especialmente aquellos con mejor actividad.
Imagen derecha: Una comparación de la estructura de la proteína entre PBSasa (esqueleto de oro rosa) y la enzima degradante de PET PET6 (esqueleto de cobalto). Los centros catalíticos están indicados en magenta y verde. Los residuos de unión de PET de PET6 se muestran en amarillo. Crédito: Yutaro Kimura et al, Environmental Microbiology, 29 de septiembre de 2023
Examinaron el efecto sobre el PBS de microbios recolectados del agua de mar natural frente a Japón, lo que les permitió identificar varios tipos de bacterias marinas que podrían degradarlo. También identificaron la enzima responsable de degradar el PBS en una cepa específica de bacteria llamada Vibrio ruber. Llamaron a la enzima PBSasa.
Luego llevaron las cosas más allá al utilizar técnicas de biología molecular para insertar el gen de la PBSasa en la bacteria común Escherichia coli, que cultivaron para producir muestras altamente purificadas de la enzima para su posterior estudio.
"Estudiar el mecanismo de degradación del agua de mar a nivel molecular puede conducir al desarrollo de nuevos polímeros marinos biodegradables", afirma Yasuhito Yamamoto, colaborador de Sawabe en Mitsubishi Chemical Corporation del Mitsubishi Chemical Group. "Esta enzima podría utilizarse como acelerador de la descomposición o catalizador para el reciclaje químico de los residuos plásticos recogidos".
Imagen: Se demostró que Vibrio ruber (abajo a la izquierda) degrada el PBS. Crédito: Yutaro Kimura et al, Environmental Microbiology, 29 de septiembre de 2023
La disponibilidad de la enzima purificada también permitió a los investigadores examinar su estructura, con simulaciones que sugerían que estaba estrechamente relacionada con una enzima diferente que se sabe que degrada otro polímero común: el tereftalato de polietileno (PET).
"Al explorar la actividad de la enzima en la degradación de otros polímeros, como el PET, esperamos que nuestro trabajo contribuya más ampliamente a los avances en las tecnologías de reciclaje de plástico", concluye Sawabe.
Esta investigación es parte de esfuerzos más amplios para abordar la complejidad de las tecnologías de polímeros biodegradables causada por su diferente biodegradabilidad en la tierra y el mar. Al aprender más sobre qué controla la biodegradabilidad en diferentes entornos, se espera que los científicos desarrollen polímeros que se adapten mejor a los entornos en los que se utilizan y a aquellos en los que pueden terminar después de su uso.
El equipo publicó sus resultados en la revista Environmental Microbiology: A lesson from polybutylene succinate plastisphere to the discovery of novel plastic degrading enzyme genes in marine vibrios
