Revisión del estado actual de la degradación de polímeros: un enfoque microbiano
La contaminación ambiental por residuos plásticos se registró por primera vez en la década de 1970 (Carpenter y Smith, 1972). La creciente cantidad de residuos plásticos se ha convertido en una preocupación mundial. A pesar de los crecientes esfuerzos por reducir los residuos de plástico mediante la recogida selectiva y el reciclaje, una cantidad considerable de residuos sólidos de plástico sigue depositándose en los vertederos. De toda la producción de plástico en 2017 (8.300 millones de toneladas), tras el reciclaje, la incineración (recuperación de energía) de los residuos y el cálculo de los plásticos en uso en el ámbito doméstico; alrededor del 60% ha quedado en el medio ambiente, incluido el 95% en los vertederos y el 5% en los océanos y otras zonas terrestres (Ragaert et al., 2017). Los residuos plásticos en el medio ambiente se degradan en la naturaleza por despolimerización foto, bio y termo-oxidativa, así como por fricción (Barnes et al., 2009; Browne et al., 2011). Aunque la biodegradación de estos plásticos es factible en el medio natural, puede llevar largos periodos de tiempo: de 50 a más de 100 años (Tabla 1).
La degradación de los plásticos por medios microbianos y/o enzimáticos (Figura 2) es una estrategia prometedora para despolimerizar los petroplásticos de desecho en monómeros para su reciclaje, o mineralizarlos en dióxido de carbono, agua y nueva biomasa, con la producción concomitante de bioproductos de mayor valor (Grima et al., 2000; Montazer et al., 2019, 2020a). La biodegradación de los plásticos implica la excreción de enzimas extracelulares por parte del microorganismo, la fijación de la enzima a la superficie del plástico, la hidrólisis a intermediarios poliméricos cortos, que finalmente son asimilados por las células microbianas como fuente de carbono para liberar CO2. A pesar de que estos plásticos representan sustancias químicas no naturales, en los últimos años se han identificado varios microorganismos capaces de metabolizar estos polímeros. Se sabe que más de 90 microorganismos, entre ellos bacterias y hongos, degradan plásticos derivados del petróleo (Jumaah, 2017) sobre todo en condiciones in vitro.
Urea en agua
La contaminación por plásticos está amenazando el medio ambiente porque tiene una tasa de degradación muy lenta y un uso elevado en las actividades habituales. El presente estudio pretende aislar nuevos microorganismos que ayuden a acelerar el proceso de degradación del polietileno. Las muestras de residuos se recogieron de diferentes vertederos y escombreras. De las cuarenta muestras, se encontró que ocho muestras degradaban tiras de polietileno en medio líquido. El análisis posterior de estas muestras mostró que dos cepas de microbios tenían un alto potencial de degradación del polietileno. Se realizaron pruebas bioquímicas y de ribotipado para caracterizar las bacterias aisladas. Como resultado, se identificaron dos nuevas cepas bacterianas denominadas Bacillus wudalianchiensis_UMT (2A) y Pseudomonas aeruginosa_UMT (6). El análisis de estos microbios reveló además que Bacillus wudalianchiensis_UMT y Pseudomonas aeruginosa_UMT tienen capacidad para degradar un 6,6% y un 4,8% de polietileno respectivamente. Así, los resultados revelaron que estas bacterias tienen un gran potencial para degradar el polietileno en menos tiempo en comparación con el proceso de degradación natural y pueden contribuir a reducir la contaminación de nuestro medio ambiente.
Degradación microbiana del plástico
ResumenLos compuestos poliméricos son atractivos para aplicaciones estructurales en el entorno de la construcción debido a sus propiedades de ligereza y alta resistencia, pero sufren una degradación debida a factores ambientales. Mientras que los factores abióticos, como la temperatura, la humedad y la luz ultravioleta, están bien estudiados, se sabe poco sobre el impacto de las comunidades microbianas naturales en su integridad estructural. Aquí aplicamos series temporales complementarias de multiplicidad de biopelículas que crecen en materiales compuestos de polímeros y la caracterización de los materiales para dilucidar los procesos que conducen a su degradación. Medimos la reducción de las propiedades mecánicas debido a la rotura de la cadena molecular de los ésteres por motivos biológicos y reconstruimos 121 genomas microbianos para describir la diversidad microbiana y las vías asociadas a la degradación de los compuestos poliméricos. El microbioma de los compuestos de polímeros está dominado por cuatro grupos bacterianos, entre los que se encuentra el Phyla Candidate Radiation, que poseen vías para la descomposición del acrilato, los ésteres y el bisfenol, abundantes en los compuestos. Proporcionamos una base para entender las interacciones de los materiales estructurales de próxima generación con su entorno natural que puede predecir su durabilidad e impulsar futuros diseños.
Prueba de la ureasa
La degradación de los polímeros es la reducción de las propiedades físicas de un polímero, como la resistencia, causada por cambios en su composición química. Los polímeros, y en particular los plásticos, están sujetos a la degradación en todas las etapas del ciclo de vida del producto, incluyendo su procesamiento inicial, su uso, su eliminación en el medio ambiente y su reciclaje[1] El ritmo de esta degradación varía significativamente; la biodegradación puede tardar décadas, mientras que algunos procesos industriales pueden descomponer completamente un polímero en horas.
Se han desarrollado tecnologías para inhibir o promover la degradación. Por ejemplo, los estabilizadores de polímeros garantizan que los artículos de plástico se produzcan con las propiedades deseadas, prolongan su vida útil y facilitan su reciclaje. A la inversa, los aditivos biodegradables aceleran la degradación de los residuos plásticos mejorando su biodegradabilidad. Algunas formas de reciclaje de plásticos pueden implicar la degradación completa de un polímero de vuelta a monómeros u otros productos químicos.
En general, los efectos del calor, la luz, el aire y el agua son los factores más importantes en la degradación de los polímeros de plástico. Los principales cambios químicos son la oxidación y la escisión de la cadena, lo que lleva a una reducción del peso molecular y del grado de polimerización del polímero. Estos cambios afectan a propiedades físicas como la resistencia, la maleabilidad, el índice de fluidez, el aspecto y el color. Los cambios en las propiedades suelen denominarse “envejecimiento”.