A saliva do verme da cera contén encimas que degradan o plástico

A saliva do verme da sede degrada o plástico. Ese é o principal achado dun equipo do CSIC, que podería ter numerosas aplicacións no tratamento e reciclaxe deste tipo de residuos. Os investigadores xa descubriran en 2017 que o animal (o lepidóptero Galleria mellonella) era capaz de descompoñer o plástico (polietileno), e agora acaban de descubrir como o fai: a súa saliva contén uns encimas (da familia fenol oxidasa) que inician a degradación do polietileno en pouco tempo e a temperatura ambiente.

Segundo explica a investigadora do CSIC no Centro de Investigacións Biolóxicas (CIB-CSIC) Federica Bertocchini, tamén directora do estudo, estes encimas son os primeiros e únicos que se coñecen capaces de degradar o plástico polietileno sen un tratamento previo. Os resultados do traballo, pendente de revisión, publicáronse en preprint no repositorio BioRxiv. O estudo contou con financiamento da Fundación Roechling (Alemaña).

Publicidade

Un dos máis resistentes e utilizados

“Para degradar o plástico é necesario que o osíxeno penetre no polímero (na molécula de plástico). Este primeiro paso de oxidación, que normalmente é resultado da exposición á luz solar ou a altas temperaturas, é un colo de botella que retarda a degradación de plásticos como o polietileno, un dos máis resistentes”, explica Bertocchini. “Por iso, en condicións ambientais normais o plástico tarda meses ou anos en degradarse”, engade a investigadora. “Agora descubrimos que as encimas da saliva do verme da cera realizan este paso crucial: oxidan o plástico. Así, permiten superar o colo de botella da degradación do plástico e acelerar a súa descomposición”, incide.

Ata a data, só uns poucos microorganismos poden romper os resistentes polímeros plásticos de polietileno

O polietileno é un dos plásticos máis resistentes e utilizados. Xunto ao polipropileno e ao poliestireno, integran o 70% da produción total de plásticos. A contaminación por plásticos supón unha ameaza para a saúde e o medioambiente do planeta, polo que é urxente atopar solucións para facer fronte aos residuos plásticos. Unha das áreas de investigación máis prometedoras e con máis potencial é a degradación de plásticos utilizando medios biolóxicos. Este proceso coñécese como biodegradación e está asociado a microorganismos como bacterias e fungos. Con todo, ata a data, só uns poucos microorganismos poden romper os resistentes polímeros plásticos do polietileno. E, ademais, na maioría dos casos é necesario un tratamento previo agresivo que asegure a oxidación e permita así que os microorganismos teñan algún efecto (aínda que lento) sobre o plástico.

Vermes ‘come-plástico’

Hai poucos anos abriuse un novo campo de investigación: observouse que algúns insectos do xénero dos lepidópteros e os coleópteros eran capaces de degradar polietileno e poliestireno. “No noso laboratorio descubrimos o insecto que parece ser o máis rápido de todos: as larvas do lepidóptero Galleria mellonella, coñecido como verme da cera”, detalla Bertocchini. “Estas larvas eran capaces de oxidar e descompoñer os polímeros do plástico en moi pouco tempo (en só unha hora de exposición)”.

“Nos últimos anos tentouse pescudar como estes insectos conseguen facer algo así. Moitos estudos centráronse nos microorganismos que viven no sistema dixestivo destes vermes, partindo da suposición de que os vermes poden usar o plástico como alimento e que a degradación sería resultado da súa actividade metabólica e do proceso dixestivo”, lembra a investigadora. “Pero esta suposición é moi cuestionable, polo que a nosa investigación centrouse desde o principio na cavidade bucal dos vermes”, indica.

“As larvas son capaces de oxidar e descompoñer os polímeros de plástico en só unha hora de exposición”

“Observamos con detemento o comportamento do verme da cera en presenza de polietileno e descubrimos que as encimas presentes na saliva do verme (é dicir, o líquido recolleito da boca do insecto) son capaces de degradar polietileno”, sostén Bertocchini. “O polímero en contacto coa saliva oxídase e despolimerízase nunhas poucas horas. Identificamos residuos degradados que se forman en presenza da súa saliva”, detalla.

Alto contido en proteínas

Ademais, este equipo de investigadores analizou a saliva con microscopía electrónica e observou un alto contido en proteínas. “Na saliva illamos dous encimas que poden reproducir a oxidación causada polo conxunto da saliva”, indica a investigadora. Estas dúas proteínas, bautizadas como Demetra e Ceres, pertencen á familia dos encimas fenol- oxidasas.

“Descubrimos que a encima Demetra mostraba un efecto importante sobre o polietileno, deixando marcas (pequenos cráteres) visibles a primeira ollada na superficie do plástico; este efecto tamén quedou confirmado pola aparición de produtos da degradación formados tras a exposición do polietileno a esta encima; a encima Ceres oxida o polímero, aínda que sen deixar marcas visibles, suxerindo que os dous encimas teñen un efecto diferente sobre o polietileno”, resume.

O funcionamento das encimas fenoles-oxidasas

Os fenoles son moléculas que as plantas usan como defensa contra inimigos potenciais, por exemplo as larvas de insectos. Por tanto, os insectos poderían producir encimas fenol-oxidasas como unha vía para oxidar os fenoles das plantas, e así neutralizalos, o que lles permitiría alimentarse das plantas sen perigo. Os fenoles tamén están presentes en moitos aditivos plásticos, o que podería convertelos en dianas para estes encimas e crear as condicións necesarias para a oxidación e a despolimerización do plástico. “Ata a data, isto é só unha especulación e serán necesarios máis experimentos para profundar no mecanismo de acción encimática”, advirten os investigadores.

Outra pregunta aínda máis interesante é pescudar como os insectos da cera adquiriron esta capacidade. Os investigadores aventuran que podería deberse a un proceso evolutivo. “Os vermes da cera aliméntanse da cera das colmeas e de pole de especies de plantas moi diversas. Se se ten en conta que a cera das colmeas está chea de fenoles, este tipo de encimas serían moi útiles para os vermes. Indirectamente, isto explicaría por que os vermes da cera poden descompoñer o polietileno. Con todo, ata o momento esta teoría é só unha especulación e serán necesarios máis estudos que combinen a bioloxía dos insectos coa biotecnoloxía.

Referencia: Wax worm saliva and the enzymes therein are the key to polyethylene degradation by Galleria mellonella (Publicado como preprint no repositorio BioRxiv)