Novel microorganisms screening assay for detection of the biodegradation activity against polyethylene-wax
Questo studio presenta un nuovo saggio di screening rapido che utilizza piastre di agar con emulsione di PE-cera per isolare e identificare con successo microrganismi del suolo, inclusi i generi *Pseudomonas* e *Stenotrophomonas*, capaci di biodegradare derivati del polietilene.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
L'inquinamento da plastica è una sfida determinante del nostro tempo, con miliardi di tonnellate di materiali sintetici che si accumulano nell'ambiente. Tra questi, il polietilene è il più comune, presente in tutto, dalle buste della spesa ai film per imballaggi. Questo materiale è notoriamente difficile da scomporre per la natura perché la sua struttura molecolare è una lunga e stabile catena di atomi di carbonio che resiste agli enzimi che la maggior parte dei microbi usa per nutrirsi. Affinché un microbo possa consumare la plastica, deve prima alterare chimicamente questo resistente scheletro, solitamente aggiungendo ossigeno, trasformando la plastica inerte in qualcosa di più morbido e accessibile. Senza questo primo passaggio, la plastica rimane una fortezza che i batteri non possono penetrare. Gli scienziati cercano da tempo i microbi e gli enzimi specifici capaci di compiere questo passaggio cruciale, ma trovarli è stato come cercare un ago in un pagliaio. I metodi standard per testare i campioni di suolo sono lenti, costosi e spesso non riescono a distinguere tra i microbi che stanno semplicemente sopravvivendo grazie a tracce di nutrienti e quelli che stanno attivamente attaccando la plastica.
Un team di ricercatori dell'Università di Scienze Ambientali e della Vita di Breslavia, in Polonia, ha sviluppato un nuovo modo per accelerare questa ricerca. Hanno creato un metodo di screening che utilizza un tipo specifico di cera fatta di polietilene ossidato come sostituto del materiale reale. Poiché la plastica completamente ossidata è più facile da gestire per i microbi rispetto alla plastica grezza, questa cera funge da modello per trovare organismi che possiedano gli strumenti giusti per avviare il processo di scomposizione. I ricercatori hanno mescolato questa cera con acqua e una leggera sostanza simile al sapone per creare un'emulsione lattiginosa, che hanno poi versato in piastre di Petri per formare uno strato sottile e solido sopra una base di nutrienti. Quando hanno posizionato i campioni di suolo su queste piastre, hanno aspettato di vedere se qualche microbo sarebbe cresciuto lasciando un anello trasparente attorno a sé. Questo anello trasparente, o alone, indicava che il microbo stava attivamente consumando la cera, aprendo il passaggio mentre si nutriva.
Il team ha raccolto terreno da quattro diverse località in Polonia, che spaziano da autostrade trafficate e zone industriali a tranquille riserve naturali, sperando di trovare microbi adattati a diversi livelli di inquinamento. Dopo aver fatto crescere migliaia di piccole colonie sulle loro speciali piastre di cera, hanno trovato due gruppi specifici di microbi che avevano creato con successo questi aloni trasparenti. Questi non erano singoli batteri, ma comunità miste, o consorzi, che lavoravano insieme. Per dimostrare che questi microbi fossero realmente capaci di usare la cera come cibo, i ricercatori li hanno spostati in serbatoi liquidi contenenti solo l'emulsione di cera e nessun'altra fonte di cibo. Nell'arco di diverse settimane, hanno trasferito ripetutamente i microbi in nuova cera liquida, un processo che ha costretto la comunità ad adattarsi e a diventare più efficiente nel digerire il polimero. I microbi non solo sono sopravvissuti, ma sono cresciuti più spessi e robusti a ogni trasferimento, dimostrando di poter vivere interamente grazie alla cera.
Per garantire che i microbi stessero effettivamente cambiando la struttura chimica della cera e non si stessero solo nutrendo di impurità accidentali, gli scienziati hanno utilizzato un test chimico altamente sensibile. Hanno aggiunto un colorante speciale che brilla quando si lega a specifici gruppi chimici chiamati aldeidi, che si formano quando la plastica inizia a decomporsi. Le colture liquide contenenti i microbi mostravano un forte bagliore, confermando che le catene di plastica venivano alterate chimicamente. Interessantemente, il bagliore era più forte nelle prime fasi dell'esperimento e leggermente più debole nelle fasi successive, più adattate. I ricercatori suggeriscono che ciò sia accaduto perché i microbi altamente efficienti ed evoluti stavano scomponendo la plastica così velocemente che i gruppi aldeidici intermedi venivano convertiti nella fase successiva della decomposizione prima che il colorante potesse catturarli. Questa rapida elaborazione è segno di un processo di degradazione sano e attivo.
Quando il team ha analizzato la composizione genetica delle comunità microbiche prima e dopo questo periodo di adattamento, ha osservato un cambiamento drammatico in chi fosse al comando. I campioni di suolo originali erano un mix diversificato di molti tipi diversi di batteri. Tuttavia, dopo settimane di vita sulla cera, le comunità si sono semplificate e sono diventate dominate da solo pochi tipi di batteri, nello specifico quelli dei generi Pseudomonas e Stenotrophomonas, insieme a una famiglia di batteri chiamata Alcaligenaceae. Questi gruppi specifici sono noti nella letteratura scientifica per la loro capacità di gestire idrocarburi a catena lunga, gli stessi mattoni fondamentali trovati nella plastica. Il fatto che questi particolari microbi siano saliti in cima alla catena alimentare quando la plastica era l'unica fonte di cibo suggerisce che possiedano gli enzimi specifici necessari per affrontare il materiale.
Questo studio non sostiene di aver trovato un microbo capace di sciogliere istantaneamente un sacchetto di plastica, né suggerisce che il problema dell'inquinamento da plastica sia risolto. Inveve, offre uno strumento affidabile e veloce per trovare il punto di partenza corretto. Utilizzando questo metodo di screening basato sulla cera, gli scienziati possono ora identificare rapidamente quali campioni di suolo contengono microbi capaci di attaccare le parti ossidate della plastica. Queste scoperte forniscono una via pratica per la scoperta degli enzimi e degli organismi che un giorno potrebbero essere utilizzati per aiutare a scomporre le vaste quantità di rifiuti plastici che attualmente soffocano i nostri ecosistemi. Il lavoro conferma che, con il giusto metodo di screening, i riciclatori naturali possono essere trovati e studiati con molta più velocità e precisione.
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