Un team di ricercatori della Michigan State University (MSU) ha progettato un metodo per utilizzare una comunità di batteri fare plastica biodegradabile dalla luce solare.

Questo metodo rimuove l'impatto negativo della plastica sintetica sull'ambiente.

"Un grosso problema è che la maggior parte della plastica sintetica oggi non è completamente biodegradabile, quindi dura per centinaia di anni dopo essere stata scartata, nelle discariche e negli ecosistemi acquatici" Taylor Weiss, che ha guidato la ricerca mentre era un ricercatore postdoctoral nel laboratorio Ducat al Laboratorio di ricerca sulle piante del Dipartimento di Energia MSU ed è ora un assistente professore nel programma di gestione delle risorse ambientali e presso l'Arizona State University, ha detto in una dichiarazione.

I ricercatori hanno messo insieme due tipi di batteri. Il primo, cianobatteri sintetici, utilizza la luce del sole per creare zucchero. Gli altri batteri, Halomonas boliviensis, si nutrono degli zuccheri creati per produrre materiali essenziali usati per produrre bioplastiche.

In sostanza, l'intera industria biotecnologica si basa sugli zuccheri, ha detto Daniel (Danny) Ducat, autore senior della ricerca e assistente alla facoltà di biochimica e biologia molecolare della MSU.

"Ad esempio, prendiamo gli zuccheri dalle piante (ad esempio mais, canna da zucchero, barbabietola da zucchero) e li nutriamo con lievito per farli produrre etanolo", ha detto Ducat. "Quindi la domanda era: 'Possiamo ottenere i cianobatteri per produrre zuccheri in modo ancora più efficace di quanto farebbe una pianta?'"

La squadra ha raggiunto il suo obiettivo. In tal modo, i ricercatori hanno trovato un modo ecocompatibile per produrre zuccheri in grado di alimentare la produzione di molti diversi tipi di bioprodotti.

Nei metodi precedenti, gli scienziati avrebbero alimentato carichi di mais e zucchero con i batteri produttori di plastica. Sebbene questo metodo si sia dimostrato efficace nella creazione di plastiche biodegradabili, è molto costoso, richiede molte risorse agricole e ha un impatto negativo sull'ambiente.  

Il nuovo metodo, utilizzando lo zucchero creato dalla reazione dei raggi solari alla luce dei cianobatteri, ha dimostrato di funzionare 20 volte più velocemente dei precedenti tentativi, è più economico, evita i combustibili fossili per la produzione e mira a ridurre l'impatto della plastica sull'ambiente.

Aggiungendo ai benefici di questa pratica, i cianobatteri crescono abbondantemente in ambienti come le pareti dell'iceberg o i bordi delle sorgenti termali dove le colture non possono crescere. Questo riduce la necessità di terreni agricoli per far crescere i batteri.

L'uso dei cianobatteri non "richiede necessariamente le terre arabili, o le acque potabili che le piante fanno e non avrebbero quindi le stesse conseguenze ambientali negative di alcuni dei nostri attuali processi", ha affermato Ducat.

Lo studio

Il lavoro di Ducat sull'uso dei cianobatteri è iniziato in 2011. Quindi, i ricercatori avevano già capito da precedenti esperimenti che i batteri potevano rapidamente creare una grande quantità di zucchero attraverso la fotosintesi. Questo recente studio è stato essenzialmente una ricerca di un buon ceppo microbico che potrebbe servire come partner per i cianobatteri per produrre rapidamente bioprodotti.

"Abbiamo trovato Halomonas boliviensis come un buon candidato perché è sia usato per crescere su saccarosio, può sopravvivere lunghi periodi di tempo consumando piccole quantità di zucchero, e produce anche un metabolita che è utile come precursore per la produzione di bioplastiche" Disse Ducat.

"Quindi, abbiamo avuto un cacaobatterio che produce zucchero molto buono che rende questo zucchero dalla luce solare e anidride carbonica e un batterio che produce naturalmente una bioplastica utile quando mangia zucchero", ha detto Ducat. "Il resto era solo trovare i trucchi giusti per far cooperare questi due microbi".

Attraverso l'associazione sintetica dei microbi, i ricercatori sono stati in grado di produrre stabilmente bioplastiche per mesi alla volta.

Gli scienziati hanno creato sistemi di bio-produzione in passato, ma questo nuovo metodo migliora gradualmente nel tempo senza ingerenze umane, ha detto Weiss in una dichiarazione.

"I cianobatteri producono costantemente zucchero attraverso la fotosintesi, e i batteri costantemente rinforzano su di esso, il che incoraggia i cianobatteri a continuare a produrre", ha detto Weiss in una nota. "Quindi, il sistema si evolve continuamente in un ciclo virtuoso."

In futuro, i ricercatori desiderano testare i cianobatteri con altri microbi target. In tal modo, i ricercatori potrebbero essere in grado di incoraggiare le comunità sintetiche a creare più composti "verdi" che possono essere prodotti biologicamente, come biocarburanti, fragranze, coloranti edibili e medicinali.

"In definitiva, non stiamo solo creando alternative ai prodotti sintetici", ha detto Weiss in una nota. "Stiamo cercando di chiedere alla natura di fare ciò che sa fare meglio: capire il problema per noi".

Lo studio è pubblicato sulla rivista Ingegneria metabolica.

Il team di ricerca include anche Eric Young, uno studente laureato nel programma di Biochimica e Biologia Molecolare di MSU.