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Bury a film of bioplastic in a forest floor, and within 250 to 330 days it is gone. That is what the team at the University of Konstanz recorded when it buried polyester films about 10 centimeters deep in the humus of the university's botanical garden. The same soil, tested over the same year, left conventional HDPE almost untouched, with virtually no degradation.
Entierre una película de bioplástico en el suelo de un bosque y, en un plazo de entre 250 y 330 días, habrá desaparecido. Eso es lo que registró el equipo de la Universidad de Constanza al enterrar películas de poliéster a unos 10 centímetros de profundidad en el humus del jardín botánico de la universidad. En el mismo suelo, probado durante el mismo año, el HDPE convencional apenas se alteró, sin degradación apreciable.
The key actor is an enzyme that sits on the outside of a bacterial cell. Its active site, the pocket where a chemical reaction happens, is unusually wide open, which is why microbiologists Harry Lerner and David Schleheck nicknamed it the 'Pac-Man enzyme'. Because it is anchored to the cell surface, the plastic building blocks it produces form right beside the bacterium, which can absorb them before they drift away or are claimed by neighbors. Under the electron microscope, the buried film showed micrometer-sized holes, each matching the size of a single bacterial cell. The researchers hypothesize that bacteria digest their way into the plastic this way, which challenges the common assumption that microbes simply release such enzymes into their surroundings.
El actor clave es una enzima situada en la superficie externa de una célula bacteriana. Su sitio activo, el hueco donde ocurre la reacción química, está inusualmente abierto, por lo que los microbiólogos Harry Lerner y David Schleheck la apodaron «enzima Pac-Man». Como está anclada a la superficie celular, las unidades básicas de plástico que produce se forman justo al lado de la bacteria, que puede absorberlas antes de que se dispersen o las capturen las bacterias vecinas. Al microscopio electrónico, la película enterrada mostró agujeros de tamaño micrométrico, cada uno del tamaño de una sola célula bacteriana. Los investigadores plantean la hipótesis de que las bacterias se abren paso en el plástico de esta manera, lo que cuestiona la idea habitual de que los microbios se limitan a liberar estas enzimas en su entorno.
Searching the soil DNA, the team found a gene that appeared only in soil containing the polyester film. It codes for an esterase, an enzyme that cuts ester bonds, and its structure resembles beta-lactamases, the enzymes that disarm antibiotics such as penicillin by cleaving their beta-lactam ring. In the lab, the enzyme broke polyesters into their monomers and also cleaved penicillin, both through hydrolysis, a reaction with water. Schleheck said the surface position serves both jobs, since antibiotics are disarmed before they can enter the cell.
Al analizar el ADN del suelo, el equipo encontró un gen que solo aparecía en el suelo que contenía la película de poliéster. Codifica una esterasa, una enzima que rompe los enlaces éster, y su estructura se parece a la de las betalactamasas, las enzimas que neutralizan antibióticos como la penicilina al escindir su anillo betalactámico. En el laboratorio, la enzima descompuso los poliésteres en sus monómeros y también cortó la penicilina, en ambos casos mediante hidrólisis, una reacción con agua. Schleheck explicó que la posición en la superficie cumple ambas funciones, ya que los antibióticos quedan neutralizados antes de poder entrar en la célula.
The finding opens a question the team does not fully answer. Lerner said scientists have been puzzled by how common antibiotic-resistance genes are in the plastisphere, and the dual function may explain part of it. Two explanations remain open: that organisms there evolve double-duty enzymes, or that some enzymes now specialize in plastic while their penicillin-cleaving activity is a leftover. The study does not decide between them.
El hallazgo abre una pregunta que el equipo no responde del todo. Lerner señaló que los científicos llevan tiempo desconcertados por lo frecuentes que son los genes de resistencia a los antibióticos en la plastisfera, y que esta doble función podría explicar en parte ese fenómeno. Quedan abiertas dos explicaciones: que los organismos de ese entorno desarrollen enzimas de doble función, o que algunas enzimas se hayan especializado en el plástico y su actividad sobre la penicilina sea un vestigio. El estudio no decide entre ambas.
For anyone designing plastics that escape recycling and end up in the environment, the study points to a concrete rule. Schleheck argues that materials should work with what microbes can do, which means choosing polymers with built-in chemical weak points, such as the ester bonds in this film. The study gives no timeline for when such materials could reach products, and it does not show how the enzyme would behave outside controlled soil and lab conditions. What it does show is that bacteria may adapt to polyester plastics faster than scientists expected.
Para quienes diseñan plásticos que escapan al reciclaje y acaban en el medio ambiente, el estudio apunta a una regla concreta. Schleheck sostiene que los materiales deberían trabajar con lo que los microbios pueden hacer, lo que significa elegir polímeros con puntos débiles químicos integrados, como los enlaces éster de esta película. El estudio no ofrece un calendario sobre cuándo podrían llegar estos materiales a los productos, y no muestra cómo se comportaría la enzima fuera de las condiciones controladas de suelo y laboratorio. Lo que sí demuestra es que las bacterias podrían adaptarse a los plásticos de poliéster más rápido de lo que los científicos esperaban.