La identificación de dos enzimas contenidas en la saliva del gusano de la cera y que hacen posible que este insecto sea capaz de degradar el plástico, en poco tiempo y a temperatura ambiente, podría ser, en el futuro, una solución a las mayores amenazas que enfrentamos: la acumulación de millones de toneladas de residuos de este material que contamina el agua, la tierra y el aire.
El hallazgo es el resultado de un estudio realizado en el laboratorio del Centro de Investigaciones Biológicas del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CIB-CSIC) de España. El mismo laboratorio que descubrió con anterioridad que la larva del gusano de la cera, Galleria mellonella, podía biodegradar el polietileno, uno de los plásticos más resistentes y utilizados en el mundo.
Las dos enzimas aisladas de la saliva del gusano de la cera, que pertenecen a la familia fenol oxidasa, son las primeras y únicas conocidas hasta el momento que tienen la capacidad de degradar el plástico polietileno sin un tratamiento previo.
Degrada el plástico más rápido
La degradación del plástico (polietileno y poliestireno) por parte de algunos insectos del género de los lepidópteros y los coleópteros ha sido observada e investigada desde hace pocos años.
De los insectos identificados (Plodia interpunctella y Tenebrio molitor), el Galleria mellonella parece ser el más rápido de todos, de acuerdo a los investigadores liderados por Federica Bertocchini. “En nuestro laboratorio descubrimos el insecto que parece ser el más rápido de todos: las larvas del lepidóptero Galleria mellonella, conocido como gusano de la cera. Estas larvas eran capaces de oxidar y descomponer los polímeros del plástico en muy poco tiempo (tras apena una hora de exposición)”, dice la autora principal del trabajo.
Frente a este hallazgo surgieron varias interrogantes que debían responder por lo que continuaron trabajando con las larvas para determinar cómo el gusano de la cera biodegrada el polímero.
¿Cómo se descompone el plástico?
Para que el plástico se degrade es necesario que el oxígeno penetre en el polímero (la molécula de plástico). La investigadora explica que la oxidación suele ser el resultado de la exposición a la luz solar o a altas temperaturas y representa un cuello de botella que ralentiza la degradación de plásticos como el polietileno. “Por eso, en condiciones ambientales normales el plástico tarda meses o años en degradarse”, añade Federica Bertocchini.
Los investigadores aislaron dos enzimas de la saliva de las larvas del gusano de la cera que pueden reproducir la oxidación que causa todo el liquido de la boca del insecto en su conjunto. Ambas pertenecen a la familia fenol oxidasas y recibieron un nombre. Una fue bautizada como Demetra y la otra como Ceres.
“La enzima Demetra mostraba un efecto importante sobre el polietileno, dejando marcas (pequeños cráteres) visibles a simple vista en la superficie del plástico; este efecto también quedó confirmado por la aparición de productos de la degradación formados tras la exposición del polietileno a esta enzima. La enzima Ceres oxida el polímero, aunque sin dejar marcas visibles, sugiriendo que las dos enzimas tienen un efecto diferente sobre el polietileno”, explica Federica Bertocchini.
Quedan interrogantes por resolver
¿Cómo actúan las enzimas de esta familia? En las plantas los fenoles son moléculas que tienen diversas funciones que contribuyen a su crecimiento, reprodcción y protección. Frente a los patógenos u otros enemigos tenciales, son secretados como mecanismo de defensa como por ejemplo, las larvas de insectos.
Al respecto los autores indican que «los insectos podrían producir enzimas fenol-oxidasas como una vía para oxidar los fenoles de las plantas, y así neutralizarlos, lo que les permitiría alimentarse de las plantas sin peligro». Por otro lado, los fenoles están presentes en muchos aditivos plásticos, «lo que podría convertirlos en dianas para estas enzimas y crear las condiciones necesarias para la oxidación y la despolimerización del plástico». Sin embargo, como también advierten los investigadores, “hasta la fecha esto es solo una especulación y serán necesarios más experimentos para profundizar en el mecanismo de acción enzimática”.
Otra interrogante que se ha planteado el equipo del CIB-CSIC y muy interesante responder es cómo el Galleria mellonella adquirió la capacidad de degradar el plástico. Por lo pronto los investigadores suponen que podría ser consecuencia de su proceso evolutivo. «Los gusanos de la cera se alimentan de la cera de las colmenas y de polen de especies de plantas muy diversas. Si se tiene en cuenta que la cera de las colmenas está llena de fenoles, este tipo de enzimas sería muy útil para los gusanos. Indirectamente, esto explicaría por qué los gusanos de la cera pueden descomponer el polietileno. Sin embargo, hasta el momento, esta teoría es solo una especulación y serán necesarios más estudios que combinen la biología de los insectos con la biotecnología».
Si bien se requiere realizar más estudios para obtener una comprensión más profunda de la evolución paso a paso del polímero en contacto con las enzimas de la saliva del gusano de la cera, Galleria mellonella, este hallazgo presenta otro enfoque potencial para tratar la biodegradación del plástico, así como para usos en el campo de la biorremediación.
El plástico nos arropa
La contaminación por plástico pasó de dos millones de toneladas en 1950 a 348 millones en 2017, de acuerdo al informe más reciente de la ONU sobre el tema y se estima que puede duplicarse para 2040. Estas y otras cifras evidencian la magnitud de esta amenaza para la salud humana y la del planeta: De los 9200 millones de toneladas de producción acumulada de plástico, entre 1950 y 2017, 7000 millones se convirtieron en residuos.
De las toneladas de desechos plásticos, tres cuartas partes fueron depositadas en vertederos o basureros donde alimentaron el flujo de residuos no controlados y mal gestionados o fueron echados en el medio ambiente. En el caso de los océanos, el 85% de los desechos que llegan a los mares son plásticos y se prevé que, para 2040, los volúmenes casi se triplicarían, alcanzando entre 23 y 37 millones de toneladas anuales. Esto representa unos “50 kilogramos de plástico por metro de costa en todo el mundo”.
Por otro lado, el plástico es un problema climático pues la emisión de CO2 relacionada con su fabricación, estimada en 2015 en 1,7 gigatoneladas, podría triplicarse 6,5 gigatoneladas para 2050, cifra última que representa un 15% del presupuesto mundial de carbono.
Reducir la producción mundial de plástico, así como este tipo de residuos en el medio ambiente y su uso cotidiano son, sin duda, medidas urgentes que debemos asumir todos en las distintas instancias. El tiempo corre.
Con información y fotos de Nature y CSIC.
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