Un equipo de investigadores del CSIC ha descubierto que la saliva del gusano de cera degrada el plástico; un descubrimiento con numerosas aplicaciones para el tratamiento o reciclaje de residuos plásticos. En 2017, el equipo descubrió que esta especie de gusano (el lepidóptero Galleria mellonella) es capaz de descomponer el plástico (polietileno), y ahora han descubierto cómo lo hace:su saliva contiene enzimas (perteneciente a la familia de las fenol oxidasas). que puede desencadenar rápidamente la degradación del polietileno a temperatura ambiente. Estas enzimas son las primeras y únicas enzimas conocidas capaces de degradar el plástico de polietileno sin necesidad de un tratamiento previo, según Federica Bertocchini, investigadora del CSIC en el CIB-CSIC (Centro de Investigaciones Biológicas) que lideró el estudio. Los resultados del trabajo, pendientes de revisión, se han publicado en preprint en el BioRxiv archivo en línea.

“Para que el plástico se degrade, el oxígeno debe penetrar en el polímero (la molécula de plástico). Este es el primer paso de la oxidación, que suele ser el resultado de la exposición a la luz solar o a las altas temperaturas, y representa un cuello de botella que ralentiza la degradación de plásticos como polietileno, uno de los polímeros más resistentes", explica Bertocchini. "Por eso, en condiciones ambientales normales, el plástico tarda meses o incluso años en degradarse", añade.

"Ahora hemos descubierto que las enzimas en la saliva del gusano de cera realizan este paso crucial:oxidan el plástico. Esto significa que pueden superar el cuello de botella en el proceso de degradación del plástico y acelerar su descomposición", agrega.

El polietileno es uno de los plásticos más resistentes y más utilizados. Junto con el polipropileno y el poliestireno, constituye el 70% de la producción total de plástico. La contaminación plástica representa una amenaza para la salud y el medio ambiente del planeta, por lo que es urgente encontrar soluciones para abordar el problema de los desechos plásticos. Una de las áreas de investigación más prometedoras y con mayor potencial es la degradación biológica de los plásticos. Este proceso se conoce como biodegradación y está asociado a microorganismos como bacterias y hongos. Sin embargo, hasta la fecha, solo se sabe que un puñado de microorganismos descompone los polímeros plásticos resistentes que forman el polietileno. Además, en la mayoría de los casos, es necesario un pretratamiento agresivo para garantizar la oxidación y así permitir que los microorganismos ejerzan algún efecto (aunque sea lento) sobre el plástico.

Gusanos come-plásticos

Hace unos años se abrió un nuevo campo de investigación con el descubrimiento de que algunas especies de insectos de los órdenes Lepidoptera y Coleoptera son capaces de degradar el polietileno y el poliestireno. "En nuestro laboratorio, descubrimos el insecto que parece ser el más rápido de todos:las larvas del lepidóptero Galleria mellonella, comúnmente conocido como gusano de cera", dice Bertocchini. "Estas larvas son capaces de oxidar y descomponer los polímeros del plástico muy rápidamente" (después de solo una hora de exposición).

"En los últimos años, se han realizado esfuerzos para descubrir cómo estos insectos logran hacer esto. Numerosos estudios se han centrado en los microorganismos que habitan en el sistema digestivo de estos gusanos, basados ​​en la suposición de que los gusanos pueden usar plástico como alimento y que su su degradación sería el resultado de su actividad metabólica y procesos digestivos”, remarca el investigador. "Pero esta suposición es muy cuestionable, por lo que, desde el principio, nuestra investigación se ha centrado en la cavidad oral del gusano", explica.

"Hemos analizado el comportamiento del gusano de cera cuando entra en contacto con el polietileno y descubrimos que las enzimas presentes en la saliva del gusano (es decir, el líquido dentro de la boca del insecto) pueden degradar el polietileno", nos dice Bertocchini. "Al entrar en contacto con la saliva, el polímero se oxida y se despolimeriza en unas pocas horas. Hemos identificado residuos degradados que se forman en presencia de la saliva del gusano", dice.

Además, los investigadores han analizado la saliva mediante microscopía electrónica y han observado un alto contenido en proteínas. “Hemos aislado dos enzimas de la saliva que pueden reproducir la oxidación que produce la saliva en su conjunto”, explica el investigador. Estas dos proteínas, denominadas Demetra y Ceres, pertenecen a la familia de enzimas fenol oxidasas.

“Encontramos que la enzima Demetra tuvo un efecto significativo en el polietileno, dejando marcas (pequeños cráteres) en la superficie del plástico, visibles a simple vista; este efecto también fue confirmado por la aparición de productos de degradación formados después de la exposición del polietileno. a esta enzima. La enzima Ceres también oxida el polímero, pero no deja marcas visibles, lo que sugiere que las dos enzimas tienen un efecto diferente sobre el polietileno", resume.

Cómo funcionan las enzimas fenol oxidasa

Los fenoles son moléculas utilizadas por las plantas para defenderse de enemigos potenciales, como las larvas de insectos. Por lo tanto, los insectos podrían producir enzimas fenol oxidasa como una forma de oxidar los fenoles de las plantas y, por lo tanto, neutralizarlos, lo que significa que podrían alimentarse de forma segura de las plantas. Los fenoles también están presentes en muchos aditivos plásticos, lo que podría convertirlos en objetivos de estas enzimas y crear las condiciones necesarias para la oxidación y despolimerización del plástico. "Hasta ahora, esto es solo especulación y se necesitarán más experimentos para investigar en profundidad los mecanismos de acción de la enzima", advierten los investigadores.

Una pregunta aún más interesante es cómo los gusanos de cera han adquirido esta habilidad. Los investigadores especulan que podría deberse a un proceso evolutivo. Los gusanos de cera se alimentan de cera de colmena y polen de una amplia variedad de especies de plantas. Teniendo en cuenta que la cera de la colmena está llena de fenoles, este tipo de enzima sería muy útil para estos bichos. Indirectamente, esto explicaría por qué los gusanos de cera pueden descomponer el polietileno. Sin embargo, hasta ahora esta teoría es solo especulación y debemos realizar más investigaciones que combinen la biología de los insectos con la biotecnología. + Explora más

El descubrimiento de una nueva enzima es otro salto hacia la lucha contra los desechos plásticos