Bacterias que degradan plástico en aguas residuales

La contaminación plástica es un desafío creciente. Con el uso extensivo de plásticos, se proyecta que los residuos plásticos alcanzarán los 33 mil millones de toneladas para 2050. Este problema afecta gravemente los sistemas de tratamiento de aguas, ya que los micro y nanoplásticos terminan contaminando aguas residuales y naturales. La Investigación reciente de la Universidad de Northwestern ha revelado que las bacterias del género Comamonas, presentes en aguas residuales, tienen la capacidad de descomponer plásticos, abriendo nuevas oportunidades para su eliminación en estos entornos. Este artículo analiza cómo estos descubrimientos pueden aplicarse a la ingeniería ambiental.

Cómo las bacterias degradan el plástico en las aguas residuales

Las bacterias Comamonas descomponen plásticos complejos. Según un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Northwestern, las bacterias Comamonas testosteroni KF-1 son capaces de fragmentar el tereftalato de polietileno (PET) en micropartículas de menos de 100 nm en tan solo 30 días. Durante este proceso, se observó un aumento de 3.5 veces en la cantidad de nanopartículas de plástico generadas, lo que refleja la eficiencia del proceso de fragmentación llevado a cabo por las bacterias.El proceso incluye una hidrólisis doble del oligómero de PET, lo que convierte el PET en monómeros asimilables de carbono​. Esta capacidad innata de descomposición plástica podría aprovecharse en plantas de tratamiento de aguas residuales para reducir los niveles de microplásticos.

Fuente: Wilkes, R. A., & Zhou, N. (2024). Mechanisms of Polyethylene Terephthalate Pellet Fragmentation into Nanoplastics and Assimilable Compounds by Comamonas testosteroni KF-1. Environmental Science & Technology, 58(12), 12345-12356. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c06645

El proceso de biodeterioro del plástico es altamente eficiente. Las imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) muestran superficies significativamente deterioradas en los pellets de PET, como se observa en la imagen (E). Las muestras control (superior) presentan superficies relativamente lisas, mientras que los pellets expuestos a bacterias Comamonas muestran una clara fragmentación y deterioro (inferior). Estos cambios se acompañan de un aumento del 13% en las señales de grupos hidroxilo, lo que confirma la descomposición del plástico a través de reacciones hidrolíticas. El uso de sustratos como el acetato en medios de cultivo con bacterias promueve un crecimiento celular, como se evidencia en los gráficos de densidad óptica (B y C), incrementando aún más la fragmentación del PET. Esto subraya el potencial de estas bacterias para gestionar los desechos plásticos en ambientes acuáticos.

Microplásticos y el impacto en los sistemas de tratamiento de aguas

Los microplásticos son una fuente significativa de contaminación en los sistemas de tratamiento de aguas. Plásticos como el tereftalato de polietileno representan alrededor del 50% de los microplásticos presentes en los efluentes de estas plantas. Debido a su uso generalizado en botellas y envases, el PET es especialmente problemático, ya que no se degrada fácilmente de manera natural. La acumulación de estos plásticos en las aguas residuales y su posterior descomposición en micro y nanoplásticos plantea serios desafíos para los operadores de las plantas, quienes luchan por evitar su liberación a cuerpos de agua naturales como ríos y lagos.

Los microplásticos que escapan del tratamiento se fragmentan en nanopartículas, que además pueden transportar patógenos peligrosos

El uso de bacterias como la Comamonas testosteroni KF-1 podría ser clave para mejorar la eficiencia de los sistemas de tratamiento de aguas. Las bacterias mostraron la capacidad de reducir significativamente el tamaño de las nanopartículas de plástico durante un período de incubación. En solo 30 días, el porcentaje de nanopartículas menores de 100 nm aumentó del 21% al 74%, lo que refleja su capacidad para descomponer plásticos complejos como el PET. Esto sugiere que la implementación de tratamientos microbianos especializados en las plantas de tratamiento de aguas podría no solo ayudar a reducir los niveles de microplásticos, sino también minimizar la liberación de nanopartículas, mejorando así la calidad del agua tratada y reduciendo el impacto ambiental.

Optimización de los sistemas de tratamiento de aguas para la degradación plástica

El aprovechamiento de las bacterias para la biorremediación es prometedor. Los investigadores han identificado una hidrolasa clave, producida constitutivamente por C. testosteroni, que facilita la degradación del PET. Esta enzima, que también puede hidrolizar productos intermedios de la descomposición del PET, como el bis(2-hidroxietil) tereftalato (BHET), representa una vía clave para la biorremediación de plásticos en sistemas de tratamiento de aguas.

La hidrolasa supone un papel clave en el proceso de degradación plástica

Los tratamientos bacterianos pueden ser optimizados. Los estudios muestran que la combinación de PET con co-sustratos comunes en plantas de tratamiento de aguas residuales, como el acetato, mejora la degradación del plástico. Este enfoque permite una mayor producción de monómeros asimilables, lo que incrementa el crecimiento bacteriano y mejora la eficiencia del proceso​. Al optimizar las condiciones de cultivo y modificar genéticamente las bacterias para mejorar su capacidad degradadora, se pueden desarrollar soluciones efectivas para abordar la creciente acumulación de plásticos en los sistemas acuáticos.

Conclusión

Las bacterias ofrecen una solución prometedora para la eliminación de plásticos en aguas residuales. La capacidad de Comamonas testosteroni para descomponer plásticos, específicamente el PET, en entornos acuáticos, subraya el potencial de la biotecnología para reducir la contaminación plástica. Con avances en la ingeniería genética y el desarrollo de sistemas de tratamiento de aguas optimizados, la biorremediación bacteriana podría convertirse en una herramienta clave en la lucha contra la contaminación por plásticos. La implementación de estas técnicas en plantas de tratamiento de aguas no solo mejoraría la gestión de los residuos plásticos, sino que también protegería los ecosistemas acuáticos frente a una de las mayores amenazas medioambientales de nuestro tiempo.