Credito:César Hernández Regal
Un team di ricercatori del CSIC ha scoperto che la saliva del verme della cera degrada la plastica; una scoperta con numerose applicazioni per il trattamento o il riciclaggio dei rifiuti di plastica. Già nel 2017, il team ha scoperto che questa specie di verme (il lepidottero Galleria mellonella) è in grado di scomporre la plastica (polietilene), e ora hanno scoperto proprio come fa questo:la sua saliva contiene enzimi (appartenenti alla famiglia dei fenoli ossidasi) che può innescare rapidamente la degradazione del polietilene a temperatura ambiente. Secondo Federica Bertocchini, ricercatrice del CSIC presso il CIB-CSIC (Centro per la ricerca biologica) che ha condotto lo studio, questi enzimi sono i primi e gli unici in grado di degradare la plastica del polietilene senza richiedere un pretrattamento. I risultati del lavoro, in attesa di revisione, sono stati pubblicati in preprint nel BioRxiv archivio in linea.
"Affinché la plastica si degradi, l'ossigeno deve penetrare nel polimero (la molecola di plastica). Questo è il primo passaggio dell'ossidazione, che di solito è il risultato dell'esposizione alla luce solare o alle alte temperature, e rappresenta un collo di bottiglia che rallenta la degradazione della plastica come polietilene, uno dei polimeri più resistenti", spiega Bertocchini. "Ecco perché, in condizioni ambientali normali, la plastica impiega mesi o addirittura anni per degradarsi", aggiunge.
"Ora abbiamo scoperto che gli enzimi nella saliva del verme della cera svolgono questo passaggio cruciale:ossidano la plastica. Ciò significa che possono superare il collo di bottiglia nel processo di degradazione della plastica e accelerarne la decomposizione", aggiunge.
Il polietilene è una delle materie plastiche più resistenti e più utilizzate. Insieme a polipropilene e polistirene, costituisce il 70% della produzione totale di plastica. L'inquinamento da plastica rappresenta una minaccia per la salute e l'ambiente del pianeta, quindi è urgente trovare soluzioni per affrontare il problema dei rifiuti di plastica. Una delle aree di ricerca più promettenti con il maggiore potenziale è il degrado biologico della plastica. Questo processo è noto come biodegradazione ed è associato a microrganismi come batteri e funghi. Tuttavia, ad oggi, solo una manciata di microrganismi sono noti per abbattere i duri polimeri di plastica che formano il polietilene. Inoltre, nella maggior parte dei casi, è necessario un pretrattamento aggressivo per garantire l'ossidazione e quindi consentire ai microrganismi di esercitare un certo effetto (sebbene lento) sulla plastica.
Vermi mangiatori di plastica
Alcuni anni fa si è aperto un nuovo campo di ricerca con la scoperta che alcune specie di insetti degli ordini dei Lepidotteri e dei Coleotteri sono in grado di degradare polietilene e polistirene. "Nel nostro laboratorio abbiamo scoperto l'insetto che sembra essere il più veloce di tutti:le larve del lepidottero Galleria mellonella, comunemente noto come il verme della cera", dice Bertocchini. "Queste larve sono in grado di ossidare e scomporre i polimeri nella plastica molto rapidamente" (dopo solo un'ora di esposizione).
"Negli ultimi anni sono stati compiuti sforzi per scoprire come questi insetti riescano a farlo. Numerosi studi si sono concentrati sui microrganismi che popolano l'apparato digerente di questi vermi, partendo dal presupposto che i vermi possano usare la plastica come cibo e che la sua la degradazione sarebbe il risultato della loro attività metabolica e dei processi digestivi", osserva il ricercatore. "Ma questa ipotesi è altamente discutibile, quindi, fin dall'inizio, la nostra ricerca si è concentrata sulla cavità orale del verme", spiega.
"Abbiamo esaminato il comportamento del verme della cera quando entra in contatto con il polietilene e abbiamo scoperto che gli enzimi presenti nella saliva del verme (cioè il liquido all'interno della bocca dell'insetto) possono degradare il polietilene", ci dice Bertocchini. "Entrando in contatto con la saliva, il polimero si ossida e si depolimerizza in poche ore. Abbiamo identificato i residui degradati che si formano in presenza della saliva del verme", afferma.
Inoltre, i ricercatori hanno analizzato la saliva utilizzando la microscopia elettronica e hanno osservato un alto contenuto proteico. "Abbiamo isolato dalla saliva due enzimi in grado di riprodurre l'ossidazione prodotta dalla saliva nel suo insieme", spiega il ricercatore. Queste due proteine, denominate Demetra e Ceres, appartengono alla famiglia degli enzimi fenolossidasi.
"Abbiamo scoperto che l'enzima Demetra ha avuto un effetto significativo sul polietilene, lasciando segni (piccoli crateri) sulla superficie della plastica, visibili ad occhio nudo; questo effetto è stato confermato anche dalla comparsa di prodotti di degradazione formatisi dopo l'esposizione del polietilene a questo enzima. L'enzima Cerere ossida anche il polimero, ma non lascia segni visibili, suggerendo che i due enzimi hanno un effetto diverso sul polietilene", riassume.
Come funzionano gli enzimi fenolo ossidasi
I fenoli sono molecole utilizzate dalle piante per difendersi da potenziali nemici, come le larve di insetti. Pertanto, gli insetti potrebbero produrre enzimi fenolossidasi come un modo per ossidare i fenoli delle piante e quindi neutralizzarli, il che significa che potrebbero nutrirsi in sicurezza delle piante. I fenoli sono presenti anche in molti additivi plastici, che potrebbero renderli bersagli per questi enzimi e creare le condizioni necessarie per l'ossidazione e la depolimerizzazione della plastica. "Finora, questa è solo una speculazione e saranno necessari ulteriori esperimenti per studiare in profondità i meccanismi d'azione dell'enzima", avvertono i ricercatori.
Una domanda ancora più interessante è come i vermi della cera abbiano acquisito questa capacità. I ricercatori ipotizzano che potrebbe essere dovuto a un processo evolutivo. I vermi della cera si nutrono di cera dell'alveare e polline di un'ampia varietà di specie vegetali. Considerando che la cera dell'alveare è ricca di fenoli, questo tipo di enzima sarebbe molto utile per questi insetti. Indirettamente, questo spiegherebbe perché i vermi della cera possono abbattere il polietilene. Tuttavia, finora questa teoria è solo una speculazione e dobbiamo condurre più ricerche combinando la biologia degli insetti con la biotecnologia. + Esplora ulteriormente
