Biodegradazione microbica delle microplastiche – parte seconda

Di seguito la seconda parte dell’articolo “Biodegradazione Microbica delle Microplastiche – parte prima“.

Biodegradazione batterica delle microplastiche

I batteri sono microrganismi unicellulari, procarioti, riconosciuti come il gruppo più abbondante tra tutti gli esseri viventi.

Essi sono microrganismi ubiquitari: vivono nel suolo, nell’acqua e nell’atmosfera, e sono ben noti dalla comunità scientifica per la loro capacità di degradare le microplastiche in condizioni di laboratorio.

I batteri che riescono a biodegradare le microplastiche sono:

  • Bacillus cereus e Bacillus gottheli, che riescono a degradare efficacemente il polietilene (PE);
  • Stenotrophomonas maltophilia, considerato un batterio patogeno per l’uomo, riesce a degradare l’acido polilattico (PLA), una particolare tipologia di plastica usata per le stampanti 3D;
  • Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa, riescono a degradare plastiche complesse come il policaprolattone (PCL) addizionata al poliuretano (PU)
Figura 3: Micrografie SEM di microplastiche PP:
(a) microplastica PP non trattata con i ceppi batterici,                         
(b) microplastica PP inoculata con Bacillus sp. ceppo 27;                      
(c) microplastica PP inoculata con Rhodococcus sp. ceppo 36.
Figura 1: Micrografie SEM di microplastiche PP: (a) microplastica PP non trattata con i ceppi batterici, (b) microplastica PP inoculata con Bacillus sp. ceppo 27; (c) microplastica PP inoculata con Rhodococcus sp. ceppo 36. [Fonte: http://www.sciencedirect.com]

Biodegradazione funginea delle microplastiche

Oltre ai batteri, anche i funghi sono in grado di aderire alle microplastiche e degradarle. I funghi, infatti, possono promuovere la formazione di diversi legami chimici all’interno della loro struttura, dando origine a diversi gruppi funzionali (carbonilico, carbossilico ed estereo) che diminuiscono l’idrofobicità e, facilitano la trasformazione delle materie plastiche nell’ambiente.

Numerosi studi hanno esplorato la biodegradazione delle microplastiche mediata dai funghi, dimostrando che questi microrganismi sono in grado di utilizzare tali inquinanti come fonte di carbonio alternativa. 

Allo stato attuale, la ricerca sulla degradazione delle MP da parte di funghi in diversi ambienti è ancora un’area oggetto intensi studi.

I funghi che hanno dimostrato di saper degradare il materiale plastico sono:

  • Penicillum simplicissimum YK e Zalerion maritimum, riescono a degradare il polietilene (PE);
  • Pestalotiopsis microspora, riesce a degradare il poliuretano reticolato (PUR), utilizzandolo come unica fonte di energia disponibile, mediante la produzione dell’enzima serina idrolasi.
Figura 4: Crescita di P. simplicissimum YK su piastre con diverse concentrazioni di polietilene come unica fonte di carbonio.
Figura 2: Crescita di P. simplicissimum YK su piastre con diverse concentrazioni di polietilene come unica fonte di carbonio. [Fonte: http://www.sciencedirect.com]

Biodegradazione algale delle microplastiche

Le alghe, in particolare le microalghe, possono degradare le materie plastiche attraverso sistemi di tossine o sintesi di enzimi, utilizzando come fonte di carbonio, i polimeri plastici. Le alghe che hanno dimostrato di saper degradare questi inquinanti sono:

  • Spirulina sp. 
  • Raphidocelis subcapitata 
  • Anabaena spiroides, Navicula papula e Scenedesmus dimorphus che hanno dimostrato di saper utilizzare come substrato i termoplastici semilavorati (LDPE)
  • Phormidium lucidum ed Oscillatoria subbrevis(cianobatteri non tossici di acqua dolce) hanno dimostrato di saper biodegradare il polietilene (PE) e i termoplastici semilavorati (LDPE)
  • Chlamydomonas reinhardtii, a seguito di una modificazione genetica per l’espressione dell’enzima PETasi, ha dimostrato di saper degradare molto efficentemente il polietilenteraflalato (PET)

Prospettive future

Gli studi sui meccanismi della biodegradazione microbica delle microplastiche possono contribuire a ridurre il materiale plastico nell’ambiente e portare allo sviluppo di nuove tecnologie per risolvere i problemi associati a questa forma di inquinamento; l’importanza dei processi alla base della biodegradazione è tanto più evidente se si considerano che attualmente non sono ancora disponibili tecniche di degradazione della plastica efficaci, ecologiche ed economiche.

In futuro è, pertanto, necessario intensificare gli studi sul potenziale microbico per il biorisanamento ambientale. 

Bibliografia

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Autori: Giuseppe Miccione e Luigi Copia.

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