Esporles, 8 de febrer de 2021. Anualment, es generen més de 300 milions de tones de residus plàstics i s'estima que entre 4,8 i 12,7 milions de tones arriben als oceans. D'aquests residus sintètics, els més comuns són el polietilè i el polipropilè, materials flotants amb poca capacitat de degradació i que, un cop són al medi marí, es dispersen amb facilitat a qualsevol racó del planeta. Les evidències científiques indiquen que plàstics com aquests són perillosos i que exerceixen un impacte negatiu en el medi ambient. No obstant això, oblidam que aquest perill i aquest impacte són conseqüències de les nostres accions, ja que aquests materials no haurien de ser al medi natural.

Si utilitzàssim el plàstic amb responsabilitat—reduint-ne o eliminant-ne l’ús innecessari— i amb criteris sostenibles, no només arribaríem a mitigar-ne els efectes nocius, sinó que també reduiríem l'efecte del canvi climàtic. Una prova d'això és que el plàstic, per la seva lleugeresa i versatilitat, ens ha permès reduir enormement el cost energètic en el transport i, per això, la petjada de carboni.

Colonització bacteriana del plàstic: un nínxol nou en un entorn vell

Com passa amb qualsevol superfície que entra en un ecosistema aquàtic, aquests residus plàstics, fins i tot els que no fan ni 1 mm –microplàstic—, són ràpidament colonitzats per organismes vius. Aquests organismes, majoritàriament de mida microscòpica, formen comunitats microbianes, que reben el nom de plastisfera, i la seva presència condiciona la interacció dels materials plàstics amb l’entorn.

La plastisfera ha suposat l'aparició d'un nínxol completament nou en els ecosistemes marins. A més, s'ha observat que el plàstic i la plastisfera presenten una productivitat primària elevada, a causa de la gran capacitat que tenen per acumular nutrients, cosa que permet els organismes fotosintètics, que són pioners en la colonització del plàstic flotant, desenvolupar-se en condicions meso o fins i tot eutròfiques —encara que el plàstic colonitzat sigui en un entorn marí típicament ultraoligotròfic.

L'origen de la plastisfera: aigua, nutrients i energia

Com qualsevol altra forma de vida, la plastisfera es desenvolupa a partir de l'aigua i dels nutrients que s'hi acumulen i reciclen eficientment —el nitrogen i el fòsfor, entre d'altres.

Però, d'on prové el carboni i l'energia per sostenir la comunitat? Com hem esmentat, quan el plàstic sura—com el polietilè i el polipropilè— la plastisfera és a la primera línia, exposada al sol. La biopel·lícula obté el carboni gràcies als seus organismes fotosintètics, els quals, a més, són els responsables de proveir d'energia la resta d'organismes de la comunitat. Encara que la major part de la comunitat microbiana prefereix els desitjables sucres que s'obtenen de la fotosíntesi, el material plàstic i els seus additius, que, a priori, són molt recalcitrants i difícils de degradar, poden ser un plat ben temptador per a alguns organismes d’aquesta mateixa comunitat. Per tant, són els responsables de la degradació del polímer, encara que diverses investigacions han demostrat que la seva capacitat per fer-ho en mitjans naturals és molt reduïda. Però, per què el plàstic no es biodegrada més i de quina manera podríem accelerar aquest procés per solucionar el problema de contaminació per plàstic als oceans? Per a això, necessitem entendre l'ecologia microbiana.

Adhesió, selecció i successió de les comunitats de la plastisfera

Hi ha estudis varis que han demostrat que hi ha grans canvis en les comunitats de microorganismes durant les primeres etapes de colonització d'un plàstic. Aquests canvis inicials, així com la taxa de creixement de la plastisfera, són determinats per factors com ara la temperatura, la llum o la disponibilitat de nutrients als quals el polímer està exposat.

Com en qualsevol colonització primària d'un entorn deshabitat, es produeix una proliferació d'organismes que no tenen altra missió que créixer més ràpid que la resta per cobrir la màxima superfície possible. Un cop conclosa la fase de colonització, els recursos i l'espai tornen de cada vegada més limitats i els microbis se separen en nínxols específics per evitar la competència. A mesura que la biopel·lícula madura i la seva complexitat augmenta, comença a produir substàncies polimèriques extracel·lulars que l'ajuden a protegir-se i reduir la depredació, així com metabòlits secundaris que controlen la percepció del quòrum i/o exerceixen un efecte antimicrobià sobre els microbis competidors.

Si la plastisfera s'alimentàs únicament del material plàstic (biodegradació), arribaria un moment en què inevitablement el procés s'estancaria a causa de la successió de les comunitats bacterianes. Aquest concepte és bo d'entendre si fem servir com a exemple les fases de colonització i successió microbiana en comunitats que creixen a costa de la quitina (polímer abundant i altament biodegradable en els ecosistemes marins):

1. Adhesió/colonització estocàstica de microbis pioners, en què els organismes més abundants són capaços d'adherir-se eficaçment a la superfície.
2. Selecció, en què proliferen els organismes capaços de degradar el polímer.
3. Successió, en què aquests degradadors són superats per competidors, virus i altres depredadors.

Per tant, una vegada que la biopel·lícula madura, la degradació de la quitina es redueix a valors insignificant, ja que els microbis degradadors són superats per competidors i depredadors.

El que passa a la plastisfera de la quitina es pot extrapolar a la d'altres polímers, per tant, hem de trobar la manera d'evitar que desapareguin els microbis degradadors per així afavorir l'acció mineralitzadora del plàstic present a les plastisferes.

La microbiologia i les comunitats sintètiques són els aliats principals per a la degradació del plàstic

Les primeres etapes de la colonització, el plàstic en el medi marí selecciona organismes biodegradadors que tinguin un potencial catabòlic enorme. Lamentablement, aquests no són abundants i estudiar-los dins de les comunitats microbianes naturals resulta molt complex a causa de, com hem esmentat, la competència i depredació d'organismes presents en la seva mateixa plastisfera.

El gran repte d'estudiar la biodegradació del plàstic és que és un procés massa lent per als mètodes d'investigació tradicional de la microbiologia, com poden ser el creixement microbià o l'esgotament del substrat. A més, l'elevada hidrofobicitat, insolubilitat i pes molecular que presenten els polímers fan que siguin un material pràcticament inaccessible per als microorganismes.

Un estudi liderat per Christie Olesa, Nogueres i Bosch, doctors de la Universitat dels Illes Balears i l'Institut Mediterrani d'Estudis Avançats, té com a objectiu crear una llibreria de soques bacterianes amb capacitat de biodegradar derivats plàstics. Aquesta col·lecció, que té centenars de soques aïllades procedents de multitud d'ambients, serà genètica i metabòlicament caracteritzada per identificar i accelerar l'evolució d'enzims que catalitzen la degradació de plàstic. A més, l'estudi considera l'acoblament modular de comunitats sintètiques per millorar substancialment la biodegradació del plàstic, ja que és capaç d'evitar el procés de successió d'organismes propi de les plastisferes naturals.

Per fer-ho, els doctors Christie Olesa, Nogueres i Bosch disposen d’un excel·lent equip d'investigadors internacionals que aporten a l'estudi la seva experiència i l’equipament tecnològic d'avantguarda. Aquest equip multidisciplinari contribuirà a millorar els mecanismes existents en la naturalesa relacionats amb l'eliminació de plàstic del medi ambient i, a més, ajudarà a descobrir noves aplicacions en el camp de la biotecnologia.

Font: IMEDEA (UIB-CSIC)

Més informació:

• Robyn J. Wright, Gabriel Erni-Cassola, Vinko Zadjelovic, Mira Latva and Joseph A. Christie-Oleza. Marine Plastic Debris: A New Surface for Microbial Colonization. Environ. Sci. Technol.2020, 54, 11657−11672. https://doi.org/10.1021/acs.est.0c02305
• La UIB y el IMEDEA colaboran en la creación de cepas bacterianas para biodegradar plásticos (Última Hora)
• Un estudio de la UIB remarca la contribución de los microbios marinos a la biodegradación de aditivos plásticos (Europa Press Baleares)
• Descubren que los microplásticos pueden ser «plato de gusto» para los microbios (Verde y Azul)