Esperanza en una bacteria común para devorar plástico en la naturaleza

Una bacteria medioambiental común, la 'Comamonas testosteroni', podría convertirse algún día en el centro de reciclaje de plásticos de la naturaleza.

Mientras que la mayoría de las bacterias prefieren comer azúcares, la 'C. testosteroni', en cambio, tiene un apetito natural por los residuos complejos de las plantas y los plásticos.

En un nuevo estudio dirigido por la Universidad Northwestern (Estados Unidos), los investigadores han descifrado por primera vez los mecanismos metabólicos que permiten a la' C. testosteroni' digerir lo aparentemente indigesto. Esta nueva información podría conducir a nuevas plataformas biotecnológicas que aprovechen la bacteria para ayudar a reciclar los residuos plásticos, según publican en la revista 'Nature Chemical Biology'.

Las especies de Comamonas se encuentran prácticamente en todas partes, incluidos los suelos y los lodos de depuradora. 'C. testosteroni' llamó por primera vez la atención de los investigadores por su capacidad natural para digerir detergentes sintéticos. Tras un análisis más detallado, los científicos descubrieron que esta bacteria natural también descompone compuestos del plástico y la lignina (residuos fibrosos y leñosos de las plantas).

Aunque otros investigadores han trabajado en la ingeniería de bacterias capaces de descomponer residuos plásticos, Aristilde cree que las bacterias con capacidad natural para digerir plásticos son más prometedoras para aplicaciones de reciclado a gran escala.

"Las bacterias del suelo constituyen un recurso natural de reacciones bioquímicas inexplorado que podría aprovecharse para ayudarnos a hacer frente a la acumulación de residuos en nuestro planeta --afirma en un comunicado Ludmilla Aristilde, de la Northwestern--. Descubrimos que el metabolismo de C. testosteroni está regulado a distintos niveles, y que esos niveles están integrados. El poder de la microbiología es asombroso y podría desempeñar un papel importante en el establecimiento de una economía circular".

El estudio fue dirigido por Aristilde, profesor asociado de ingeniería civil y medioambiental en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, y la estudiante de doctorado Rebecca Wilkes, que es la primera autora del artículo. En el estudio participaron colaboradores de la Universidad de Chicago, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y la Universidad Técnica de Dinamarca.

La mayoría de los proyectos de ingeniería genética de bacterias se centran en la 'Escherichia Coli' por ser el organismo modelo bacteriano mejor estudiado. Pero 'E. Coli', en su estado natural, consume fácilmente diversas formas de azúcar. Mientras haya azúcar disponible, 'E. Coli' la consumirá y dejará atrás las sustancias químicas del plástico.

"La ingeniería de bacterias para distintos fines es un proceso laborioso --explica Aristilde--. Es importante señalar que 'C. testosteroni' no puede utilizar azúcares y punto. Tiene limitaciones genéticas naturales que impiden la competencia con los azúcares, lo que convierte a esta bacteria en una plataforma atractiva".

Sin embargo, lo que 'C. testosteroni' realmente quiere es otra fuente de carbono. Y materiales como el plástico y la lignina contienen compuestos con un anillo de sabrosos átomos de carbono. Aunque los investigadores sabían que la 'C. testosteroni' puede digerir estos compuestos, Aristilde y su equipo querían saber cómo.

"Se trata de compuestos de carbono con enlaces químicos complejos --explica Aristilde--. Muchas bacterias tienen grandes dificultades para descomponerlos".

Para estudiar cómo degrada la 'C. testosteroni' estas complejas formas de carbono, Aristilde y su equipo combinaron múltiples formas de análisis basados en "ómicas": transcriptómica (estudio de las moléculas de ARN); proteómica (estudio de las proteínas); metabolómica (estudio de los metabolitos); y fluxómica (estudio de las reacciones metabólicas). Los estudios "multiómicos" exhaustivos son empresas de gran envergadura que requieren diversas técnicas. Aristilde dirige uno de los pocos laboratorios que realizan este tipo de estudios.

Examinando la relación entre la transcriptómica, la proteómica, la metabolómica y la fluxómica, Aristilde y su equipo trazaron las rutas metabólicas que utilizan las bacterias para degradar los plásticos y los compuestos de lignina y convertirlos en carbones para la alimentación. Al final, el equipo descubrió que las bacterias descomponen primero el anillo de carbonos de cada compuesto. Tras romper el anillo en una estructura lineal, las bacterias continúan degradándolo en fragmentos más cortos.

"Empezamos con un compuesto plástico o lignina que tiene siete u ocho carbonos unidos a través de un núcleo circular de seis carbonos que forma el llamado anillo de benceno --explica Aristilde--. A continuación, lo descomponen en cadenas más cortas de tres o cuatro carbonos. En el proceso, las bacterias incorporan esos productos descompuestos a su metabolismo natural, de modo que pueden fabricar aminoácidos o ADN que les ayuden a crecer".

Aristilde también descubrió que la 'C. testosteroni' puede dirigir el carbono a través de diferentes rutas metabólicas que pueden dar lugar a subproductos útiles que pueden utilizarse para polímeros de interés industrial, como los plásticos. Ahora trabajan actualmente en un proyecto que investiga el metabolismo que desencadena esta biosíntesis de polímeros.

"Estas especies de Comamonas tienen el potencial de fabricar varios polímeros relevantes para la biotecnología --afirma Aristilde--. Esto podría dar lugar a nuevas plataformas que generen plástico, disminuyendo nuestra dependencia de los productos químicos derivados del petróleo. Uno de los principales objetivos de mi laboratorio es utilizar recursos renovables, como convertir los residuos en plástico y reciclar los nutrientes de los desechos. Así no tendremos que seguir extrayendo productos químicos del petróleo para fabricar plásticos, por ejemplo".