Un “Pac-Man” contro la plastica (e gli antibiotici)

Non ha né labirinto né fantasmi da evitare, ma una fame di plastica che farebbe invidia al Pac-Man originale. È un nuovo enzima batterico che i ricercatori tedeschi hanno scoperto nei microrganismi del suolo che colonizzano i rifiuti di plastica nell’ambiente, la cui forma ricorda proprio quella del celebre personaggio dei videogiochi. La sua “bocca”, insolitamente grande e aperta, è in grado di degradare alcuni tipi di plastica, oltre che antibiotici come la penicillina. “Una rara doppia funzionalità” spiegano gli studiosi, coordinati dal microbiologo Harry Lerner. L’enzima potrebbe infatti conferire antibiotico-resistenza ai batteri e, allo stesso tempo, consentire ai microrganismi di adattarsi alla decomposizione della plastica nell’ambiente.

Per individuare l’enzima, il team ha sotterrato piccoli pezzi di pellicola di bioplastica LCAP nel giardino botanico dell’Università di Costanza, a circa una decina di centimetri di profondità. Altri campioni di suolo sono stati mescolati con bioplastica in polvere e lasciati in laboratorio per diversi mesi, monitorando il livelli di  CO2, ovvero la respirazione microbica. “In laboratorio, come controllo, abbiamo utilizzato anche cellulosa, altri tipi di bioplastiche come PHBV e PCL, nonché una plastica convenzionale, l’HDPE, un polietilene ad alta densità, aggiungendoli a campioni di terreno” ha precisato Lerner. “Abbiamo scoperto che tutti i materiali bioplastici si sono completamente degradati in circa 250-330 giorni. La cellulosa si è degradata dopo circa 80 giorni, mentre l’HDPE è rimasto praticamente intatta”.

L’enzima “Pac-Man” che degrada plastica e antibiotici

Esaminando i campioni dove si era verificata la degradazione dei materiali plastici, i ricercatori hanno sequenziato e analizzato il DNA estratto dalle comunità microbiche del suolo, arrivando a isolare il gene che codifica per l’enzima “Pac-Man”.

Valutando poi i campioni di bioplastica LCAP sotterrati direttamente nel terreno, i ricercatori hanno rilevato minuscoli fori nel materiale, ognuno dei quali corrispondeva alle dimensioni e alla forma delle singole cellule batteriche, indicando che l’enzima fosse ancorato alla superficie cellulare. Un’ipotesi confermata dallo studio dell’enzima, che possiede sia un segnale di secrezione, che lo indirizza fuori dalla cellula, sia un’ancora che lo lega alla membrana e assicura che rimanga attaccato alla superficie cellulare.

Ma l’enzima mangia-plastica riservava un’ulteriore sorpresa ai ricercatori, suggerita dalla sua struttura, che in parte somigliava anche a quella degli enzimi batterici capaci di degradare alcuni antibiotici. L’osservazione è stata confermata in laboratorio, dove l’enzima ha mostrato di poter scindere la penicillina. “In linea di principio, l’enzima catalizza la stessa reazione, ovvero l'idrolisi” ha precisato il professor David Schleheck, docente all’Università di Costanza e autore senior dello studio pubblicato su The ISME Journal. “In primo luogo, degrada i poliesteri in monomeri vicino alla superficie cellulare, facilitandone il loro assorbimento prima che vengano ‘rubati’ da altri batteri. In secondo luogo, inattiva l’antibiotico già all’esterno della cellula, impedendogli di causare danni all’interno”.