Trovare microrganismi in grado di digerire la plastica a basse temperature

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Alcuni microrganismi producono enzimi in grado di digerire la plastica, ma per far funzionare questi enzimi su scala industriale in genere sono necessarie temperature superiori a 30°C, il che è costoso. Gli scienziati dell’Istituto federale svizzero WSL hanno ora scoperto una serie di ceppi batterici e fungini che possono decomporre alcune plastiche biodegradabili a temperature molto più basse. Raccolti da terreni ad alta quota nelle Alpi svizzere e nelle regioni polari, questi tipi di microrganismi adattati al freddo potrebbero rendere economicamente vantaggiosi i processi enzimatici su scala industriale per il riciclaggio della plastica.

"Qui dimostriamo che nuovi taxa microbici ottenuti dal 'plastisfero' dei suoli alpini e artici sono stati in grado di scomporre la plastica biodegradabile a 15°C", spiega Joel Rüthi, PhD, attualmente scienziato ospite al WSL. “Questi organismi potrebbero contribuire a ridurre i costi e l’onere ambientale di un processo di riciclaggio enzimatico della plastica”. Rüthi è il primo autore dell’articolo pubblicato dal team su Frontiers in Microbiology, intitolato “Scoperta di ceppi microbici degradanti la plastica isolati dalla plastisfera terrestre alpina e artica”. Nel loro articolo il team ha concluso: “I nostri risultati suggeriscono che i microrganismi provenienti dalle regioni alpine e polari sono produttori efficienti di enzimi che degradano la plastica e quindi potrebbero contribuire agli sforzi futuri per un’economia circolare della plastica rispettosa dell’ambiente”.

La produzione globale annuale di plastica è ancora in rapido aumento, avendo raggiunto i 367 megatoni nel 2020, scrivono gli autori. “La persistenza della plastica convenzionale nell’ambiente, l’uso eccessivo di plastica monouso e la cattiva gestione dei rifiuti stanno causando un grave problema ambientale”. Gli approcci meccanici e chimici convenzionali al riutilizzo e al riciclaggio presentano “alcuni notevoli svantaggi”, hanno continuato i ricercatori. Approcci alternativi per un’economia della plastica più sostenibile includono l’uso di plastiche di origine biologica e biodegradabili, nonché “nuove strategie di riciclaggio che utilizzano enzimi microbici di degradazione della plastica”, hanno suggerito.

Anche trovare, coltivare e progettare organismi in grado di digerire la plastica e contribuire a combattere l’inquinamento è ora un grande business. Ma sebbene siano già stati scoperti diversi microrganismi in grado di farlo, il riscaldamento necessario affinché i loro enzimi funzionino significa che le applicazioni industriali rimangono costose e non sono a zero emissioni di carbonio.

Una potenziale soluzione è identificare microbi specializzati adattati al freddo, i cui enzimi funzionano a temperature più basse. "Tuttavia, finora il potenziale di degradazione della plastica dei microrganismi adattati al freddo è stato studiato raramente", hanno affermato gli scienziati. Per il loro lavoro Rüthi e colleghi hanno campionato 19 ceppi di batteri e 15 ceppi di funghi che crescono su plastica libera o intenzionalmente sepolta (mantenuta nel terreno per un anno) in Groenlandia, Svalbard e Svizzera. La maggior parte dei rifiuti di plastica delle Svalbard sono stati raccolti durante lo Swiss Arctic Project 2018, in cui gli studenti hanno svolto ricerche sul campo per testimoniare in prima persona gli effetti del cambiamento climatico. Il terreno proveniente dalla Svizzera è stato raccolto sulla vetta del Muot da Barba Peider (2.979 m) e nella valle Val Lavirun, entrambe nel canton Grigioni.

Gli scienziati hanno lasciato crescere i microrganismi isolati come colture di ceppi singoli in laboratorio al buio e a 15°C, e li hanno identificati utilizzando tecniche molecolari. I risultati hanno mostrato che i ceppi batterici appartenevano a 13 generi nei phyla Actinobacteria e Proteobacteria, e i ceppi fungini a 10 generi nei phyla Ascomycota e Mucoromycota.

I ricercatori hanno quindi utilizzato una serie di test per valutare la capacità di ciascun ceppo di digerire campioni sterili di polietilene non biodegradabile (PE) e poliestere-poliuretano biodegradabile (PUR), nonché due miscele biodegradabili disponibili in commercio di polibutilene adipato tereftalato (PBAT) ) e acido polilattico (PLA).

Nessuno dei ceppi microbici è stato in grado di digerire il PE, anche dopo 126 giorni di incubazione su queste plastiche. Ma 19 (56%) dei ceppi, inclusi 11 funghi e otto batteri, sono stati in grado di digerire il PUR a 15°C, mentre 14 funghi e tre batteri sono stati in grado di digerire le miscele plastiche di PBAT e PLA. La risonanza magnetica nucleare (NMR) e test basati sulla fluorescenza hanno confermato che questi ceppi erano in grado di sminuzzare i polimeri PBAT e PLA in molecole più piccole.