Plastica, che delizia! La storia del batterio che mangia la plastica

posted by Maria Vittoria Modica | Marzo 23, 2016 | In Home, Vita sul Pianeta | Articolo letto 4.919 volte

Un gruppo di scienziati giapponesi ha da poco descritto una specie di batteri fino ad oggi sconosciuta in grado di digerire uno fra i materiali plastici più usato al mondo: il PET.

PET sta per PoliEtilene Tereftalato, detto anche poliestere. È un polimero incolore formato dalla ripetizione di due unità semplici: una molecola di glicole polietilenico (PEG) ed una di acido tereftalico. Quando molte di queste unità di base vengono unite da legami estere, si forma la plastica che ben conosciamo, quella incolore, leggera e resistente delle bottiglie, ad esempio. Se ne producono ben 50 milioni di tonnellate l’anno, di cui viene riciclato non più del 14%.

In uno studio molto rigoroso e completo, pubblicato su Science, i ricercatori hanno identificato il batterio mangia-plastica grazie ad uno screening su larga scala di campioni ambientali contaminati da PET, raccolti in uno stabilimento di riciclaggio di Sakai. Questi campioni sono stati coltivati in condizioni adatte alla crescita batterica, offrendo però ai batteri soltanto delle pellicole di PET come fonte di nutrimento. In uno soltanto dei 250 campioni prelevati i ricercatori hanno osservato quello che cercavano: una ricca comunità batterica a ricoprire la pellicola di plastica, che risultava pesantemente danneggiata e assottigliata.

Le analisi successive hanno chiarito che ad essere responsabile della degradazione del PET è un unico ceppo batterico, mai descritto prima d’ora, a cui è stato dato il nome di Ideonella sakaiensis. Tramite una serie di analisi biochimiche e genetiche i ricercatori hanno fatto luce sui meccanismi fisiologici che permettono a I. sakaiensis di idrolizzare la plastica. Dapprima il batterio aderisce al PET e secerne un enzima, detto PETasi, che scinde il PET in monomeri, cioè frammenti che contengono una sola copia dei componenti di base. Questi frammenti vengono assorbiti dalle cellule batteriche, ed idrolizzati da un enzima intracellulare per formare glicole polietilenico ed acido tereftalico, i mattoni di base del PET. La produzione di questi due enzimi chiave del metabolismo di I. sakaiensis è regolata da un meccanismo di feedback positivo: aumenta drammaticamente in presenza di PET o dei prodotti intermedi della sua degradazione.

Questa scoperta straordinaria potrebbe avere varie applicazioni. La più ovvia è la rimozione della plastica che contamina l’ambiente, specialmente quello marino. Tuttavia, le conseguenze della degradazione della plastica potrebbero non essere completamente positive. La plastica spesso contiene additivi tossici (ad esempio i pericolosi contaminanti organici persistenti, in grado di alterare l’equilibrio ormonale degli organismi), che potrebbero essere rilasciati nell’ambiente con più facilità a seguito dell’idrolisi da parte dei batteri. Secondo il forum economico mondiale (WEF) si può stimare che i circa 150 milioni di tonnellate di plastica che attualmente inquinano i nostri mari contengano approssimativamente 23 milioni di tonnellate di additivi. Se la plastica venisse raccolta ed immagazzinata in bioreattori, prima di trattarla con i batteri, si potrebbe ovviare a questo problema.

Un’altra possibile applicazione è il riciclo: l’idrolisi da parte del batterio libera i costituenti di base del PET, che potrebbero essere riutilizzati per produrre nuovo PET senza utilizzare derivati del petrolio, migliorando l’efficienza energetica dei processi di riciclaggio.

La degradazione del PET da parte di Ideonella è piuttosto lenta (si completa in 6 settimane per la plastica di bassa qualità, mentre la plastica cristallizzata richiede più tempo), ma l’impiego di tecniche biotecnologiche potrebbe renderla più rapida ed efficiente.

Il secondo aspetto eccezionale della scoperta del batterio mangia-plastica è di tipo evolutivo. L’uomo produce il PET da soli 70 anni, un lasso di tempo molto ridotto in termini evolutivi. È possibile che gli enzimi di Ideonella skaiensis si siano evoluti in un tempo così breve, permettendo al batterio di utilizzare questa nuova fonte di carbonio ed avere un vantaggio in termini di sopravvivenza sugli altri ceppi? Sembra proprio di sì. È già accaduto almeno in un altro caso, quello di un batterio in grado di metabolizzare l’atrazina, un pericoloso erbicida.

Bisogna considerare che i batteri hanno un tempo di generazione davvero breve, e sono in grado di raddoppiare il loro numero in 1-3 ore. Dalla prospettiva di un batterio, 70 anni non sono poi così pochi, dato che in questo lasso di tempo possono succedersi più di 600 mila generazioni. È insomma un tempo sufficiente perché si verifichino delle mutazioni casuali anche nei geni responsabili del corredo enzimatico, e vengano selezionate le varianti più efficienti, in grado di garantire alla colonia batterica che le possiede un vantaggio nell’utilizzo delle risorse disponibili e di conseguenza una migliore capacità di sopravvivenza nel proprio ambiente. Inoltre i batteri sono in grado di trasferire da una specie all’altra geni utili, una volta acquisiti, tramite processi di trasferimento genico orizzontale, accelerando enormemente il passo dell’evoluzione. Secondo gli autori della ricerca su Ideonella sakaiensis, questi processi avrebbero giocato un ruolo importante nell’evoluzione della “plastivoria” del batterio. Si tratta di processi ben noti anche nella diffusione della resistenza agli antibiotici, e si ritiene che siano alla base dell’enorme successo evolutivo dei batteri, il gruppo di organismi che da sempre domina il nostro pianeta.

Tornando all’evoluzione della capacità di nutrirsi di plastica, è interessante notare che è avvenuto in un gruppo già pre-adattato all’utilizzo di fonti di energia non convenzionali, e a vivere in ambienti ostili ad ogni altra forma di vita, quello dei Proteobatteri. I Proteobatteri comprendono specie dai gusti davvero particolari, in grado di nutrirsi dei substrati più disparati: azoto nelle radici dei legumi, composti dello zolfo nelle sorgenti idrotermali sottomarine, idrocarburi e addirittura uranio radioattivo nelle viscere della terra. Alcune specie sono addirittura in grado di passare da una fonte all’altra di nutrimento, accendendo e spegnendo i geni responsabili della produzione di specifici enzimi di degradazione.

Molti Proteobatteri, insieme ad altri microorganismi, incluse alcune muffe, offrono grandi opportunità per il loro impiego nei processi di biorisanamento, che usano organismi viventi per ripulire l’ambiente dalle contaminazioni tossiche. In alcuni casi questi processi sono già utilizzati, in altri sono ancora in fase sperimentale, ma la cosa interessante è che potrebbero virtualmente coprire un ampio spettro di contaminanti ambientali, inclusi i metalli pesanti, i composti clorinati, e vari derivati del petrolio.

La natura è davvero straordinaria: non solo resiste strenuamente all’avvelenamento da parte dei rifiuti che continuiamo ad immettere nell’ambiente, ma ci offre anche la soluzione per eliminarli!

Per approfondire:

Stephen Jay Gould – Gli alberi non crescono fino in cielo (Mondadori, 1997 – Milano).

About The Author

Maria Vittoria Modica

Sono nata a Roma nel 1976. Da che ho memoria sono affascinata dalla diversità del mondo animale: la mia passione sono gli invertebrati marini con i loro innumerevoli stili di vita. Ho studiato Biologia e mi sono specializzata in Zoologia con un dottorato di ricerca all’Università La Sapienza di Roma. La mia attività di ricerca è incentrata sulla biodiversità marina, la biologia e l’evoluzione dei molluschi gasteropodi, e la caratterizzazione di molecole bioattive prodotte da alcuni predatori marini. Collaboro con vari gruppi, per lo più in Italia, Francia e Stati Uniti, e spesso partecipo a campagne di raccolta in Mediterraneo e altrove. Mi piace trasmettere agli altri la mia passione per la ricerca e la natura: spesso tengo lezioni e seminari per vari corsi universitari, ed ho partecipato a diverse attività di divulgazione scientifica e naturalistica. Sono una lettrice accanita ed onnivora, amo viaggiare, praticare yoga e ballare.