In Europa, il consumo diffuso di plastica ha portato all’accumulo di 25,8 milioni di tonnellate di rifiuti nell’ambiente terrestre e marino, di cui circa il 15% costituito da poliesteri. Recentemente, l’aumento della consapevolezza nei consumatori e la modifica della legislazione hanno stimolato lo sviluppo di nuove strategie per ridurre questo enorme problema ambientale. Inoltre, negli ultimi due decenni, il concetto di bioeconomia ha spinto la comunità scientifica a concentrarsi sulla produzione di poliestere biologico e/o biodegradabile e/o tecnologie di riciclo della plastica portato avanti dai microrganismi o dagli enzimi.

In tale contesto quindi si è sempre rivolta più attenzione ai microrganismi, come i batteri e i funghi, che possono essere potenzialmente impiegati per lo sviluppo di processi ecosostenibili di degradazione e riciclaggio della plastica. A tale scopo, nello studio “Together Is Better: The Rumen Microbial Community as Biological Toolbox for Degradation of Synthetic Polyesters”, condotto da ricercatori appartenenti a diverse università austriache, è stato analizzato il contenuto del liquido ruminale derivato dai bovini (Bos Taurus), in termini di composizione microbica ed enzimatica, per valutarne l’utilizzo per il processo di idrolizzazione del poliestere, sulla base del fatto che i ruminanti si nutrono di vegetali che contengono dei poliesteri naturali, i quali vengono digeriti dagli enzimi di derivazione microbica presenti nel rumine. Per fare ciò, quindi, è stata condotta un’analisi metagenomica con la tecnica Shotgun sul microbioma ruminale, per determinare in maniera esatta la proporzione reale dei diversi domini dei microrganismi che popolano il rumine, valutandone poi l’attività degradativa nei confronti del poliestere (Figura 1).

Figura 1. Identificazione della degradazione della plastica e analisi della comunità microbica del rumine.

È stato perciò dimostrato che gli enzimi di derivazione microbica presenti nel liquido ruminale sono in grado di idrolizzare i poliesteri aromatici sintetici, utilizzati per imballaggi di vario genere, fra cui quelli dei prodotti alimentari, la produzione di sacchetti di plastica biodegradabili e di tessuti. Tali poliesteri sono:

  • PBAT, ovvero poli(butilene adipato-co-tereftalato),
  • PET, ovvero poli(etilene tereftalato),
  • PEF, ovvero poli(etilene furanoato) (PEF).

Gli enzimi maggiormente studiati e coinvolti in questo processo, che portano avanti in sinergia e cooperazione fra loro, sono:

  • idrolasi,
  • esterasi,
  • lipasi,
  • cutinasi.

L’analisi metagenomica ha evidenziato che le specie più abbondanti sono quelle appartenenti al dominio dei Bacteria (98%), seguito poi da Eukaryota (1%) ed infine da Archaea (Figura 2).

Figura 2. Classificazione filogenetica del microbioma ruminale come rivelato dall’analisi metagenomica.

Il genere di batteri che ha manifestato la maggiore attività di idrolisi del poliestere è Pseudomonas, di cui sono state segnalate diverse specie utilizzabili per degradare il PET, ma anche PBTA (P. pseudoalcaligenes), il poliestere-poliuretano (P. fluorescens) e per il biorisanamento del petrolio greggio, idrocarburi e altri composti aromatici (P. veronii). Un’altra specie di batteri utilizzati con successo per la biodegradazione dei poliesteri sintetici nell’ambiente è Acinetobacter spp. Tra gli Archaea identificati nei campioni ruminali, quelli risultati positivi per questo tipo di impiego sono Methanocorpusculum labreanum e Methanoregula spp (Figura 3).

Figura 3. Analisi della comunità microbica ruminale relativa alla produzione di enzimi potenzialmente in grado di degradare il poliestere.

Nonostante il liquido ruminale possa essere una fonte economica importante da cui ricavare gli enzimi che degradano i polimeri, i futuri studi dovrebbero mirare all’identificazione ed alla coltivazione dei microrganismi e degli enzimi coinvolti nell’idrolisi sinergica dei poliesteri, i quali potrebbero anche essere modificati mediante ingegneria genetica, nonché ai possibili cambiamenti della comunità durante l’incubazione con i poliesteri.

Sinossi tratta dall’articolo: Together Is Better: The Rumen Microbial Community as Biological Toolbox for Degradation of Synthetic Polyesters

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