Gli scienziati scoprono i microbi nelle Alpi e

La biodegradazione della plastica a basse temperature può far risparmiare denaro ed energia

Frontiere

Trovare, coltivare e progettare organismi in grado di digerire la plastica non solo aiuta a eliminare l’inquinamento, ma ora è anche un grande business. Sono già stati scoperti diversi microrganismi in grado di farlo, ma quando i loro enzimi che lo rendono possibile vengono applicati su scala industriale, in genere funzionano solo a temperature superiori a 30°C. Il riscaldamento richiesto fa sì che le applicazioni industriali rimangano ad oggi costose e non siano a zero emissioni di carbonio. Ma esiste una possibile soluzione a questo problema: trovare microbi specializzati adattati al freddo, i cui enzimi funzionino a temperature più basse.

Gli scienziati dell'Istituto federale svizzero WSL sapevano dove cercare tali microrganismi: ad alta quota nelle Alpi del loro paese o nelle regioni polari. I loro risultati sono pubblicati in Frontiers in Microbiology.

"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 il primo autore, il dott. Joel Rüthi, 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 e colleghi hanno campionato 19 ceppi di batteri e 15 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 microbi isolati come colture di ceppi singoli in laboratorio al buio e a 15°C e hanno utilizzato tecniche molecolari per identificarli. I risultati hanno mostrato che i ceppi batterici appartenevano a 13 generi nei phyla Actinobacteria e Proteobacteria, e i funghi a 10 generi nei phyla Ascomycota e Mucoromycota.

Risultati sorprendenti

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 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 un test basato sulla fluorescenza hanno confermato che questi ceppi erano in grado di tagliare i polimeri PBAT e PLA in molecole più piccole.

"È stato molto sorprendente per noi scoprire che una grande frazione dei ceppi testati era in grado di degradare almeno una delle plastiche testate", ha detto Rüthi.

I risultati migliori sono stati due specie fungine insolite dei generi Neodevriesia e Lachnellula: queste sono state in grado di digerire tutte le plastiche testate tranne il PE. I risultati hanno anche mostrato che la capacità di digerire la plastica dipendeva dal terreno di coltura per la maggior parte dei ceppi, poiché ciascun ceppo reagiva in modo diverso a ciascuno dei quattro terreni testati.

Effetto collaterale della capacità di digerire i polimeri vegetali

Come si è evoluta la capacità di digerire la plastica? Poiché la plastica esiste solo dagli anni ’50, la capacità di degradarla quasi certamente non era una caratteristica originariamente presa di mira dalla selezione naturale.

"È stato dimostrato che i microbi producono un'ampia varietà di enzimi di degradazione dei polimeri coinvolti nella disgregazione delle pareti cellulari delle piante. In particolare, si dice spesso che i funghi patogeni delle piante biodegradino i poliesteri, a causa della loro capacità di produrre cutinasi che colpiscono la plastica polimeri per la loro somiglianza con il polimero vegetale cutina", ha spiegato l'ultimo autore, il dott. Beat Frey, scienziato senior e capogruppo del WSL.