Batteri per ripulire il mondo dalla plastica

È presente nei fiumi e in tutti gli specchi d’acqua, nel suolo e anche dentro di noi: la plastica è ovunque.

L’articolo di oggi propone un po’ di dati ansiogeni che danno l’idea del problema ma anche una prospettiva interessante per venirne fuori.

È dimostrato ormai che le nanoplastiche siano a tutti gli effetti entrate nelle catene alimentari e che il loro bio-accumulo sia inevitabile, anche nell’organismo umano.

In pratica non siamo solamente circondati dalla plastica, siamo già andati allo step successivo: la stiamo letteralmente mangiando.

Cause e dimensioni del problema

Quello che non ci aiuta per niente nello smaltire la plastica è che abbiamo iniziato a produrla in modo massiccio relativamente da poco. In pratica, non abbiamo dato al pianeta ed ai sistemi biologici un tempo sufficiente per trovare una via di smaltimento veloce.

La rivoluzione della plastica infatti è iniziata a partire dal 1960 e pochi decenni non sono nulla da un punto di vista evoluzionistico.

Non sono un arco di tempo sufficiente per permettere alla vita di adattarsi alla presenza di sostanze nuove introdotte dall’uomo, ovvero di accumulare mutazioni, sviluppare nuovi enzimi e vie metaboliche che ne permettano la degradazione.

I microrganismi hanno cicli riproduttivi velocissimi, sì ok siamo d’accordo su questo; ma non è che possiamo far collassare gli ecosistemi, riempiendoli di centinaia di polimeri diversi e poi sperare che questi esseri facciano tutto il lavoro sporco… è un attimo troppo.

L’evoluzione ha i suoi tempi. Certamente i batteri possono utilizzare la plastica come fonte energetica, per nutrirsi, ma impareranno ad essere efficienti nel farlo solo nel corso dei millenni.

Dobbiamo poi considerare che i diversi materiali plastici hanno un tempo di degradazione nell’ambiente che va da 500 a 5000 anni. Molto dipende dal tipo di polimero e dalle condizioni ambientali in cui viene disperso, ma in ogni caso è un processo lunghissimo.

In aggiunta va detto che siamo velocissimi a produrre nuova plastica: ne produciamo dai 300/400 MILIONI di TONNELLATE annue. Il problema quindi non solo è reale oggi ma diventerà sempre peggio se non interveniamo in modo super-deciso.

Fare la differenziata in casa, riutilizzare i contenitori, riciclare, usare la borraccia lavabile sono tutte ottime abitudini che non dobbiamo assolutamente smettere di adottare e che anzi vanno promosse sempre di più. Ma non bastano.

Non vanno neanche vicine a incidere concretamente sul problema. Si stima che ad oggi solo il 14-20% della plastica prodotta sia in qualche modo riutilizzata.
E il resto?
Il resto si accumula nelle discariche, negli oceani e in tutti gli ambienti terresti.

L’ultimo dato veramente pazzesco riguarda la “great pacific garbage patch”, ovvero quella sorta di mega zatterona di plastica che galleggia nel pacifico, accumulata a causa delle correnti: si stima contenga 80 mila tonnellate di plastica ed è in espansione.

Ok, il problema è reale, però dai ci stiamo lavorando, non buttiamoci a terra e per adesso basta con questi dati che sennò ci deprimiamo. Vediamo le prospettive per venirne fuori.

Perché puntiamo tanto sui batteri?

Facile, perché ce ne sono un sacco, ma proprio tanti.

È una semplice questione di “forza lavoro disponibile” e i batteri su questo sono imbattibili.

Si stima, infatti, che sul pianeta ci siano qualcosa come 5 milioni di bilioni di bilioni di batteri. Prendi un pezzo di carta, scrivi un 5 e poi mettigli di seguito 30 zeri.
Una bella risorsa da sfruttare.

Ovviamente non tutti i batteri presenti nell’ambiente sono buoni e carini e coccolosi, tra questi contiamo anche una piccola parte di patogeni per le piante, per gli animali, per l’uomo, ma il succo del discorso è che ce ne sono un boato, divisi in centinaia di migliaia di ceppi differenti.

E ciascuna cellula batterica è per sua natura una centrale biochimica in miniatura, capace di scomporre molecole complesse.

Come si sta muovendo la ricerca per sfruttare i batteri nello smaltimento della plastica?

La strada che va per la maggiore è quella di vedere a che punto è arrivata la natura oggi e provare a darle una spintarella.

In pratica si cercano i batteri che sono già in grado di attaccare un polimero plastico per utilizzarlo come fonte energetica, per poi isolarlo e spingerlo a migliorare questo suo adattamento.

Per fare questo tendenzialmente si va in posti iper-contaminati dalla plastica e si fanno campionamenti randomizzati, sperando di beccare i batteri giusti.

Poi si producono terreni di coltura poverissimi di qualsiasi sostanza nutritiva al di fuori di acqua e minerali essenziali (niente zuccheri, proteine, cellulose, amido, grassi… ), si mette della plastica nei terreni stessi e poi… si aspetta.

Queste colture microbiche vengono lasciate in condizioni sperimentali differenti, in presenza/assenza di luce, di ossigeno, a temperature diverse, a concentrazioni saline differenti, e con polimeri diversi.

Dopo un tempo di incubazione standard si valuta la diminuzione del peso della plastica che era stata inserita e si cerca di capire in quali composti sia stata degradata.

C’è qualche ceppo batterico che mangia quel polimero? Chi è? Quanto ne consuma? In quali condizioni è più rapido?
Si cerca quindi di rispondere a queste domande.

 

 

La buona notizia è che qualcosa iniziamo a trovarla e che ci stiamo avvicinando a piccoli passi verso un futuro in cui la plastica (divisa per tipo) viene portata in delle vere e proprie fabbriche con dei fermentatori enormi, strapieni di batteri, che la degradano producendo biomassa e calore.

Ci sono continue pubblicazioni che associano metabolismi più o meno efficaci del “ceppo x” che si nutre, nel vero senso della parola, del “polimero y” e quindi la strada è ormai imboccata.

Una mega sintesi di quanto abbiamo trovato ad oggi la trovate nell’immagine.

Il mondo dei microrganismi quindi ci sta rivelando le sue armi migliori, e non sono poche.

 

La grande svolta sarà poi quella di adattare un processo che sembra efficace in vitro (dentro il piattino del terreno di coltura) su scala industriale.

Anche qui la questione si fa complicata. Le condizioni sperimentali sono sempre difficilissime da riprodurre in ambienti enormi e da gestire su volumi nell’ordine delle tonnellate.

La regola generale per queste cose è “se funziona benissimo in laboratorio potrebbe tranquillamente essere un macello su larga scala”, mai una gioia (e uno).

Qualche trucchetto però per trovare la quadra del processo ce lo suggerisce ancora una volta la natura: dobbiamo spezzettare.

Dobbiamo cioè prendere questi polimeri, che sono delle macromolecole, e scinderle in qualcosa di più aggredibile per semplificare il processo della digestione microbica.

Una grossa mano ce la potrebbero dare gli enzimi, ovvero le proteine che svolgono reazioni metaboliche e che si trovano nei batteri, nelle cellule delle piante, dei funghi e anche in quelle degli animali.

Gli enzimi sono una cosa allucinante. Sono estremamente specializzati in una singola reazione, come legare o distruggere qualcosa, e la sanno fare con un’efficienza spaventosa, a ritmi cioè di centinaia o miglia di ripetizioni al secondo!

La sfiga vuole che non esistano enzimi batterici efficienti per demolire le grandi catene di polimeri plastici. Senza contare che, gli unici identificati fino ad oggi, non sono molto efficienti e appartengono principalmente a funghi, non a batteri.
Mai una gioia (e due).

E che si fa allora?

Possiamo provare a fare una sorta di pre-trattamento del rifiuto plastico simulando quello che succede quando una bottiglia viene abbandonata sulla spiaggia da un incivile malefico.

Infatti, è risultato evidente che i cicli più veloci ad oggi di degradazione della plastica coinvolgano la disgregazione meccanica (ad opera delle onde e del vento) e l’esposizione alla luce del sole.

Quindi possiamo facilitare di molto l’opera dei batteri che abbiamo scelto se sfreghiamo la plastica, la sminuzziamo e la bombardiamo di UV prima di dargliela in pasto.

L’azione meccanica dell’acqua sulle onde e sui fondali e la foto-degradazione aiutano a produrre MP e NP, rispettivamente micro plastiche (<0,5mm) e nano plastiche (0,1 µm) e su queste i microrganismi posso agire in modo più impattante.

Prospettive future

La distanza che ci separa da un mondo senza  plastica dispersa negli ecosistemi, è ancora tutta in salita ma la corsa per arrivare a processi di smaltimento validi e produttivi è ormai iniziata; laboratori di tutto il mondo continuano a sperimentare provando approcci diversi e cercando nuovi microrganismi mangiatori di plastica ovunque, anche nel tratto digerente degli insetti, per dirne una.

Possiamo inoltre puntare sulle biotecnologie e sulla scienza di materiali per produrre polimeri che siano più facilmente degradabili;
stiamo sviluppando nuove soluzioni tecnologiche per ottenere filtri che evitino di disperdere la plastica negli specchi d’acqua e che trattengano il nylon sfibrato dai lavaggi in lavatrice.

Insomma, stiamo iniziando ad dedicarci seriamente al problema e questo è un bene.

Ciascuno di noi però può e deve fare la propria parte, riciclando sempre quando possibile perché anche le nostre scelte quotidiane hanno un impatto enorme sul mondo che ci circonda.

Fonti:

Applied and environmental Microbiology, review, 2019, ”Plastics: Environmental and Biotechnological Perspectives on Microbial Degradation”
https://aem.asm.org/content/85/19/e01095-19

https://www.plasticsinsight.com/global-pet-resin-production-capacity

https://www.plasticsinsight.com/resin-intelligence/resin-prices/polyamide

Wei R, Zimmermann W. 2017. Microbial enzymes for the recycling of recalcitrant petroleum-based plastics: how far are we? Microb Biotechnol

Biodegradation and mineralization of polystyrene by plastic-eating mealworms: Part 1. Chemical and physical characterization and isotopictests. Environ Sci Technol

https://www.ted.com/talks/morgan_vague_these_bacteria_eat_plastic?language=it