L'ingegneria metabolica e dei bioprocessi può essere utilizzata per trattare le acque reflue e affrontare gravi problemi ambientali, compreso l'inquinamento da plastica.

La plastica pervade le nostre vite mentre rovina l'ambiente e la biotecnologia può fornire una soluzione sostenibile

L'ingegneria metabolica e dei bioprocessi può essere utilizzata per trattare le acque reflue e affrontare gravi problemi ambientali, compreso l'inquinamento da plastica.

La crisi dell'inquinamento da plastica che travolge i nostri oceani è anche una minaccia significativa e crescente per il clima della Terra. Ai livelli attuali, le emissioni di gas serra derivanti dal ciclo di vita della plastica minacciano la capacità della comunità globale di mantenere l'aumento della temperatura globale al di sotto di 1,5°C. 

Secondo un rapporto pubblicato dal Center for International and Environmental Law, la produzione e l'incenerimento della plastica aggiungeranno più di 850 milioni di tonnellate di gas serra nell'atmosfera durante il 2019, equivalenti all'inquinamento causato da 189 centrali elettriche a carbone.

Le materie plastiche come il polietilene tereftalato (PET) pervadono la nostra vita quotidiana perché sono economiche da produrre e altamente durevoli. Questa durabilità provoca gravi danni.

Si stima che fino a 8,8 milioni di tonnellate di rifiuti di plastica entrino nell'oceano ogni anno, dove rimarranno a tempo indeterminato.

I microrganismi, che sono stati principalmente utilizzati per la produzione di sostanze chimiche e materiali, possono essere applicati anche alla biodegradazione della plastica in un modo che consente un sistema di riciclaggio altamente sostenibile.

Nel 2016, un team di ricerca giapponese del Kyoto Institute of Technology e della Keio University ha pubblicato un rapporto sulla rivista Science su un batterio chiamato Ideonella sakaiensis, che contiene un enzima, PETase, che è stato trovato in grado di degradare il PET.

Un team di ricerca coreano del Korea Advanced Institute of Science & Technology (KAIST) e della Kyungpook National University ha approfondito ulteriormente questo enzima degradante PET e ha determinato la sua struttura cristallina 3D, prevedendo un meccanismo molecolare della degradazione PET.

Processo di degradazione del film di PET (clicca sulla figura per ingrandire)

Il processo consiste nella degradazione quasi completa di un sottile film di polietilentereftalato, che si compie in 6 settimane a una temperatura di 30 gradi. Il risultato finale di questo processo, è che il polimero plastico, viene biodegradato in due monomeri: acido tereftalico e glicole etilenico.

Tutto questo è mediato dall’azione di due soli enzimi; il primo battezzato PETase (ISF6 4831), che si attiva in presenza di acqua e mostra capacità di scissione del PET in una sostanza intermedia. Il seconda enzima, chiamato MHETase (ISF6 0224) che si occupa invece della completa degradazione del materiale plastico.

Hanno pubblicato la loro ricerca sulla rivista Nature Communications nel 2018 e gli approcci alla base di essa possono ora essere applicati allo studio degli enzimi che potrebbero degradare altri tipi di plastica.

Recenti ricerche sulla biodegradazione della plastica hanno identificato un nuovo potenziale. I microrganismi possono ora essere progettati per produrre poliidrossialcanoati (poliesteri che possono immagazzinare carbonio), acido polilattico (un poliestere biodegradabile) e, di recente, poliesteri aromatici che utilizzano materie prime da biomasse rinnovabili come materia prima.

Una sfida è stata trovare un modo per migliorare le prestazioni di produzione microbica su scala economicamente sostenibile, che dovrà essere superata per mitigare in modo significativo l'inquinamento da plastica e stabilire un riciclaggio sostenibile della plastica.

 

Shosuke Yoshida et al., A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate), Science, vol. 351 no. 6278 1196-1199

intelligence.weforum

Microrganismi supereroi: i batteri mangia plastica, microbiologiaitalia.it