Enzima batterico «Pac-Man» digerisce bioplastiche in laboratorio

Seppellite un film di bioplastica nel suolo di una foresta e nel giro di 250-330 giorni sarà scomparso. È ciò che ha registrato il team dell'Università di Costanza quando ha sepolto film di poliestere a circa 10 centimetri di profondità nell'humus dell'orto botanico dell'università. Nello stesso suolo, monitorato per lo stesso anno, l'HDPE convenzionale è rimasto quasi intatto, senza praticamente alcuna degradazione.

L'attore chiave è un enzima che si trova sulla superficie esterna di una cellula batterica. Il suo sito attivo, la cavità in cui avviene la reazione chimica, è insolitamente aperto, ed è per questo che i microbiologi Harry Lerner e David Schleheck lo hanno soprannominato «Pac-Man». Poiché è ancorato alla superficie cellulare, i mattoni della plastica che produce si formano proprio accanto al batterio, che può assorbirli prima che si disperdano o vengano sottratti dai vicini. Al microscopio elettronico, il film sepolto mostrava fori di dimensioni micrometriche, ciascuno delle dimensioni di una singola cellula batterica. I ricercatori ipotizzano che i batteri si facciano strada nella plastica in questo modo, il che contraddice l'idea diffusa secondo cui i microrganismi si limitano a rilasciare questi enzimi nell'ambiente circostante.

Analizzando il DNA del suolo, il team ha trovato un gene presente solo nel suolo contenente il film di poliestere. Codifica per un'esterasi, un enzima che taglia i legami esterei, e la sua struttura assomiglia a quella delle beta-lattamasi, gli enzimi che neutralizzano antibiotici come la penicillina tagliandone l'anello beta-lattamico. In laboratorio, l'enzima ha scomposto i poliesteri nei rispettivi monomeri e ha anche tagliato la penicillina, entrambe le reazioni attraverso l'idrolisi, una reazione con l'acqua. Schleheck ha spiegato che la posizione superficiale serve a entrambi i compiti, dato che gli antibiotici vengono neutralizzati prima di poter entrare nella cellula.

La scoperta apre una domanda a cui il team non risponde del tutto. Lerner ha affermato che gli scienziati si interrogano da tempo sulla frequenza dei geni di resistenza agli antibiotici nella plastisfera, e la doppia funzione potrebbe spiegarne in parte il motivo. Restano aperte due spiegazioni: che gli organismi presenti evolvano enzimi a doppio uso, oppure che alcuni enzimi si siano ormai specializzati sulla plastica e che la loro attività di taglio della penicillina sia un residuo del passato. Lo studio non sceglie tra le due.

Per chi progetta materiali plastici destinati a sfuggire al riciclo e a finire nell'ambiente, lo studio indica una regola concreta. Schleheck sostiene che i materiali dovrebbero lavorare con ciò che i microbi sono in grado di fare, cioè scegliere polimeri con punti deboli chimici integrati, come i legami esterei di questo film. Lo studio non fornisce alcuna tempistica su quando tali materiali potrebbero arrivare sul mercato e non mostra come si comporterebbe l'enzima al di fuori delle condizioni controllate di suolo e laboratorio. Ciò che dimostra è che i batteri potrebbero adattarsi ai poliesteri più rapidamente di quanto gli scienziati si aspettassero.