Biodegradability of Polyethylene Plastics by Individual and Co-cultured Bacterial Isolates

El plástico se ha convertido en una característica permanente del mundo moderno, pero su durabilidad es también su mayor defecto ambiental. Entre los muchos tipos de plástico, el polietileno es el más común, utilizado en todo, desde bolsas de supermercado hasta películas de embalaje. Está hecho de largas cadenas de átomos de carbono e hidrógeno que están fuertemente unidos entre sí, lo que hace que el material sea increíblemente resistente a la degradación natural. Debido a que estas cadenas son tan estables y repelen el agua, las bacterias y los hongos en el suelo luchan por reconocerlas como alimento. Como resultado, el polietileno se acumula en los vertederos y en el medio ambiente, persistiendo durante décadas o incluso siglos. Si bien quemar o enterrar estos desechos crea otros problemas, como humos tóxicos o suelos contaminados, los científicos han buscado durante mucho tiempo una solución en la naturaleza. La esperanza es que ciertos microorganismos puedan evolucionar o ser encontrados para poder romper estos enlaces químicos tan resistentes, convirtiendo el plástico nuevamente en subproductos inofensivos. Este proceso, conocido como biodegradación, depende de las enzimas —proteínas especializadas producidas por los seres vivos— para cortar el plástico en piezas más pequeñas que los microbios puedan consumir.

En un estudio reciente realizado en Ghana, los investigadores se propusieron ver si podían encontrar bacterias en el suelo local que pudieran comer polietileno, y si mezclar diferentes tipos de bacterias aceleraría el proceso. Recolectaron muestras de suelo de tres vertederos activos en la ciudad de Kumasi, áreas donde los desechos plásticos se habían estado acumulando durante mucho tiempo. El equipo creía que las bacterias que viven en estos puntos específicos podrían haberse adaptado ya para sobrevivir al plástico. Llevaron el suelo al laboratorio y lo colocaron en contenedores con trozos triturados de polietileno de baja densidad, el mismo material utilizado en las bolsas de plástico comunes. Durante varias semanas, dejaron crecer a las bacterias, seleccionando solo aquellas que parecían estar utilizando el plástico como fuente de alimento. Una vez que aislaron estas bacterias, las identificaron mediante un método de alta tecnología que analiza las firmas proteicas únicas de cada microbio. Encontraron que las bacterias más comunes eran un tipo llamado Bacillus cereus, aunque también descubrieron algunas otras especies, incluyendo Achromobacter insolitus y Alcaligenes faecalis.

Los investigadores luego probaron qué tan bien podían estas bacterias descomponer el plástico bajo diferentes condiciones. Querían saber si las bacterias funcionaban mejor a ciertas temperaturas, a diferentes niveles de acidez o alcalinidad, o si necesitaban más tiempo para realizar el trabajo. Utilizando un enfoque estadístico para mapear estas variables, determinaron que las bacterias crecían mejor y degradaban el plástico de manera más efectiva a una temperatura moderada de 25 grados Celsius, en un entorno ligeramente alcalino con un pH de 9, y tras aproximadamente 21 días de incubación. Estas condiciones son relativamente suaves, lo que sugiere que las bacterias no necesitan calor extremo o productos químicos agresivos para funcionar.

Para ver si trabajar juntos ayudaba, el equipo organizó experimentos donde cultivaron las bacterias solas y en grupos. Compararon cepas individuales de bacterias contra pares e incluso tríos de diferentes especies viviendo en el mismo contenedor. Los resultados mostraron una clara tendencia numérica donde el par BC-AI logró la mayor pérdida de peso media (8.04%), seguido de otros grupos, aunque el análisis estadístico no reveló diferencias significativas entre los tratamientos en general. Si bien la cantidad real de plástico perdido fue pequeña —menos del 10 por ciento del peso total en 28 días—, el patrón sugirió que las diferentes bacterias podrían estar ayudándose entre sí. Una especie podría romper el plástico en piezas más pequeñas y manejables, mientras que otra consume esas piezas, creando un ciclo de cooperación que un solo tipo de bacteria no podría lograr por sí solo. Notablemente, el rendimiento varió entre los grupos; por ejemplo, el cultivo triple (BC-AI-AF) mostró menos pérdida de peso que el par BC-AI, lo que indica que más bacterias no siempre garantizan mejores resultados.

Los científicos también buscaron las herramientas químicas que las bacterias estaban utilizando para realizar este trabajo. Midieron la actividad de una enzima llamada lacasa, conocida por su capacidad para oxidar y descomponer materiales resistentes. El grupo con la mayor pérdida de peso de plástico produjo también la mayor cantidad de esta enzima. Esta conexión sugiere que las bacterias estaban, de hecho, atacando químicamente el plástico, utilizando sus enzimas para debilitar los fuertes enlaces que mantienen unidas las cadenas de polímeros. Para confirmar que el plástico en sí había cambiado, los investigadores utilizaron una técnica de Espectroscopía de Transformada de Fourier de Infrarrojos. Este método proyecta luz infrarroja sobre el plástico para ver cómo responde su estructura molecular. Encontraron que el plástico tratado mostraba signos de modificación química, como la aparición de grupos que contienen oxígeno en su superficie. Esto indica que las bacterias habían alterado con éxito la estructura del plástico, haciéndolo más susceptible a una mayor degradación.

A pesar de estos signos prometedores, el estudio también destacó la dificultad de la tarea. El análisis estadístico mostró que las diferencias en la pérdida de peso entre los grupos no fueron lo suficientemente grandes como para ser consideradas definitivamente probadas dentro del plazo de 28 días. El plástico es simplemente muy difícil de descomponer, y los cambios observados fueron sutiles. Sin embargo, la combinación de pérdida de peso física, alta actividad enzimática y cambios químicos en la estructura del plástico apunta a un proceso biológico real. Los investigadores concluyeron que, si bien un solo tipo de bacteria podría tener dificultades para hacer mella en el polietileno, una comunidad de diferentes bacterias trabajando juntas muestra un potencial mucho mayor. Encontraron que estos grupos mixtos no solo atacaban el plástico al azar; parecían coordinar sus esfuerzos, apuntando a diferentes partes de la estructura del material de una manera que las cepas individuales no podrían.

Este trabajo no ofrece una solución inmediata a la crisis mundial del plástico, ni pretende haber resuelto el problema de los desechos de polietileno. En cambio, proporciona una imagen más clara de cómo la naturaleza podría eventualmente ayudar. Sugiere que la clave para la biodegradación del plástico puede no residir en encontrar una "super-bacteria", sino en comprender cómo diferentes microbios pueden cooperar. El estudio confirma que las bacterias encontradas en los vertederos de Ghana tienen la capacidad de interactuar con el polietileno y modificarlo, especialmente cuando se les permite trabajar en equipo. Si bien el proceso es lento y los resultados en el laboratorio fueron modestos, la evidencia de cooperación metabólica ofrece una dirección esperanzadora para la investigación futura. Si los científicos pueden aprender a aprovechar estas asociaciones naturales, algún día podrían desarrollar métodos para gestionar los desechos plásticos que sean mucho más efectivos que simplemente enterrarlos o quemarlos.