Descobreixen un bacteri "menja-plàstics"

Un bacteri mediambiental comú, la 'Comalparides testosteroni', podria convertir-se algun dia en el centre de reciclatge de plàstics de la naturalesa ja que, mentre que la majoria dels bacteris prefereixen menjar sucres, la 'C. testosteroni', en canvi, té una gana natural pels residus complexos de les plantes i els plàstics.

En un nou estudi dirigit per la Universitat Northwestern (Estats Units), els investigadors han desxifrat per primera vegada els mecanismes metabòlics que permeten a la' C. testosteroni' digerir l’aparentment indigest. Aquesta nova informació podria conduir a noves plataformes biotecnològiques que aprofitin el bacteri per ajudar a reciclar els residus plàstics, segons publiquen a la revista 'Nature Chemical Biology'.

Les espècies de Comamonas es troben pràcticament a tot arreu, inclosos els terres i els llots de depuradora. 'C. testosteroni' va cridar per primera vegada l’atenció dels investigadors per la seua capacitat natural per digerir detergents sintètics. Després d’una anàlisi més detallada, els científics van descobrir que aquest bacteri natural també descompon compostos del plàstic i la lignina (residus fibrosos i llenyosos de les plantes).

Encara que altres investigadors han treballat en l’enginyeria de bacteris capaces de descompondre residus plàstics, Aristilde creu que els bacteris amb capacitat natural per digerir plàstics són més prometedors per a aplicacions de reciclatge a gran escala.

"Els bacteris del terra constitueixen un recurs natural de reaccions bioquímiques inexplorat que podria aprofitar-se per ajudar-nos a fer front a l’acumulació de residus al nostre planeta --afirma Ludmilla Aristilde, de la Northwestern--. Descobrim que el metabolisme de C. testosteroni està regulat a diferents nivells, i que aquests nivells estan integrats. El poder de la microbiologia és sorprenent i podria exercir un paper important a l’establiment d’una economia circular".

L’estudi va ser dirigit per Aristilde, professor associat d’enginyeria civil i mediambiental a l’Escola d’Enginyeria McCormick de Northwestern, i l’estudiant de doctorat Rebecca Wilkes, que és el primer autor de l’article. En l’estudi van participar col·laboradors de la Universitat de Chicago, el Laboratori Nacional d’Oak Ridge i la Universitat Tècnica de Dinamarca.

La majoria dels projectes d’enginyeria genètica de bacteris se centren en l’'Escherichia Coli' per ser l’organisme model bacterià més ben estudiat. Però 'E. Coli', en el seu estat natural, consumeix fàcilment diverses formes de sucre. Mentre hi hagi sucre disponible, 'E. Coli' la consumirà i deixarà enrere les substàncies químiques del plàstic.

"L’enginyeria de bacteris per a diferents finalitats és un procés laboriós --explica Aristilde--. És important assenyalar que 'C. testosteroni' no pot utilitzar sucres i punt. Té limitacions genètiques naturals que impedeixen la competència amb els sucres, la qual cosa converteix aquest bacteri en una plataforma atractiva."

Tanmateix, allò que 'C. testosteroni' realment vol és una altra font de carboni. I materials com el plàstic i la lignina contenen compostos amb un anell de saborosos àtoms de carboni. Encara que els investigadors sabien que la 'C. testosteroni' pot digerir aquests compostos, Aristilde i el seu equip volien saber com.

"Es tracta de compostos de carboni amb enllaços químics complexos --explica Aristilde--. Molts bacteris tenen grans dificultats per descompondre’ls".

Per estudiar com degrada la 'C. testosteroni' aquestes complexes formes de carboni, Aristilde i el seu equip van combinar múltiples formes d’anàlisis basades en "ómicas": transcriptómica (estudi de les molècules d’ARN); proteòmica (estudi de les proteïnes); metabolómica (estudi dels metabòlits); i fluxómica (estudi de les reaccions metabòliques). Els estudis "multiómicos" exhaustius són empreses de gran envergadura que requereixen diverses tècniques. Aristilde dirigeix un dels pocs laboratoris que realitzen aquest tipus d’estudis.

Examinant la relació entre la transcriptómica, la proteòmica, la metabolómica i la fluxómica, Aristilde i el seu equip van traçar les rutes metabòliques que utilitzen els bacteris per degradar els plàstics i els compostos de lignina i convertir-los en carbons per a l’alimentació. Al final, l’equip va descobrir que els bacteris descomponen primer l’anell de carbonos de cada compost. Després de trencar l’anell en una estructura lineal, els bacteris continuen degradant-lo en fragments més curts.

"Comencem amb un compost plàstic o lignina que en té set o vuit carbonos units a través d’un nucli circular de sis carbonos que forma l’anomenat anell de benzè --explica Aristilde--. A continuació, el descomponen en cadenes més curtes de tres o quatre carbonos. En el procés, els bacteris incorporen aquests productes descompostos al seu metabolisme natural, de manera que poden fabricar aminoàcids o l’ADN que les ajudin a créixer".

Aristilde també va descobrir que la 'C. testosteroni' pot dirigir el carboni a través de diferents rutes metabòliques que poden donar lloc a subproductes útils que poden utilitzar-se per a polímers d’interès industrial, com els plàstics. Ara treballen actualment en un projecte que investiga el metabolisme que desencadena aquesta biosíntesi de polímers.

"Aquestes espècies de Comamonas tenen el potencial de fabricar diversos polímers rellevants per a la biotecnologia --afirma Aristilde--. Això podria donar lloc a noves plataformes que generin plàstic, disminuint la nostra dependència dels productes químics derivats del petroli. Un dels principals objectius del meu laboratori és utilitzar recursos renovables, com convertir els residus en plàstic i reciclar els nutrients dels rebutjos. Així no haurem de continuar extraient productes químics del petroli per fabricar plàstics, per exemple."