Identificación de microorganismos que degradan plásticos

¿Cuál fue el reto o problema a resolver?

La identificación de microorganismos que degradan plásticos consiste en aislar, purificar y reconocer las especies capaces de usar un polímero como fuente de nutrientes, para aprovecharlas después en procesos biotecnológicos. Ese era el objetivo de un proyecto de innovación tecnológica que unía microbiología y sostenibilidad: obtener, a partir de una muestra ambiental, microorganismos con esa función concreta para utilizarlos más adelante en biorreactores.

El equipo de Tecnología de Alimentos de INFINITIA abordó el trabajo como un proyecto de implementación de nuevos materiales y tecnologías, con una premisa clara: no bastaba con detectar actividad sobre el plástico. El método tenía que entregar cepas aisladas e identificadas con precisión, en lugar de una mezcla de organismos con una actividad difícil de atribuir. El trabajo se enmarca en la innovación tecnológica.

Microorganismos que degradan plástico en un proyecto de sostenibilidad

La biodegradación de plásticos es el proceso por el que determinados microorganismos descomponen un polímero y aprovechan parte de él para su metabolismo. Si un material se degrada de esta forma, y en qué medida, se comprueba con ensayos de biodegradabilidad, compostabilidad y reciclabilidad. La mayoría de los microorganismos presentes en el medio no tiene esa capacidad, por lo que localizar los que sí la tienen es el primer paso de cualquier aplicación basada en ella. El interés por la biodegradación avanza en paralelo al de los materiales pensados para un final de vida más sostenible, como los bioplásticos y sus distintos tipos.

El destino de los microorganismos seleccionados eran unos biorreactores, equipos en los que se cultivan en condiciones controladas para que realicen una transformación concreta. Para que ese uso tenga sentido, primero hay que saber con exactitud qué organismo se introduce en el sistema y qué función cumple.

Por eso el proyecto no se planteó como un simple ensayo de degradación, sino como el desarrollo de un procedimiento reproducible: un método capaz de partir de una muestra compleja y terminar en organismos concretos, identificados y listos para trabajar con ellos.

Aislar solo los microorganismos con la función buscada

Una muestra ambiental contiene una gran variedad de bacterias y hongos que conviven y compiten entre sí. El primer reto era aislar únicamente los microorganismos con capacidad de degradar el plástico, descartando el resto, que es la inmensa mayoría.

El segundo reto era obtener cultivos puros, es decir, poblaciones formadas por un único tipo de microorganismo. Mientras varios organismos crecen juntos, no se puede atribuir la función a ninguno de ellos ni analizar su material genético por separado.

Detectar actividad sobre el plástico no basta: sin un cultivo puro identificado a nivel de especie, no se sabe qué organismo hace el trabajo.

El tercer reto, que da sentido a los dos anteriores, era identificar la especie a la que pertenecía cada microorganismo aislado. Los tres pasos estaban encadenados: un fallo en el aislamiento o en la purificación invalidaría la identificación final.

Por qué identificar la especie condiciona su uso en biorreactores

Conocer el género y la especie de un microorganismo permite contrastarlo con la información científica disponible sobre él y valorar si es adecuado para el uso previsto. Un organismo sin identificar es, a efectos prácticos, una caja negra dentro del proceso.

La identificación también hace posible volver a trabajar con el mismo organismo en el futuro, compararlo con otros y documentar el proceso con rigor, algo imprescindible cuando el objetivo es llevarlo a un equipo productivo como un biorreactor. La misma lógica de aislar y reconocer el organismo responsable se aplicó en la identificación del hongo que contaminaba un producto de bollería, aunque allí el objetivo era eliminarlo.

Integrar un organismo vivo en una instalación es, además, una cuestión de mejora de procesos industriales: el comportamiento del biorreactor depende de qué microorganismo trabaja dentro y de cómo responde a las condiciones de operación.

¿Cómo se abordó o cuál fue la solución?

La solución fue un método en tres fases encadenadas: seleccionar y aislar los microorganismos candidatos a partir de la muestra ambiental, purificarlos mediante subcultivos y, por último, identificarlos con técnicas moleculares de secuenciación, cruzando los resultados con bases de datos.

Cada fase actúa como un filtro sobre la anterior, de modo que el número de organismos se reduce mientras aumenta la certeza sobre lo que se tiene. Es una forma de validar paso a paso cada resultado antes de llevarlo a un proceso real.

Cultivo con plástico como fuente de nutrientes

El trabajo comenzó seleccionando y aislando una serie de microorganismos que podrían tener la capacidad de degradar el material. Para ello se procesaron muestras ambientales en las que era probable encontrar candidatos con esa función.

Después, las muestras se cultivaron en medios en presencia de plástico, de forma que los microorganismos lo utilizaran como nutriente. Este planteamiento actúa como un filtro biológico: en esas condiciones prosperan sobre todo los organismos capaces de aprovechar el polímero, mientras que el resto queda en desventaja.

El resultado de esta fase no es todavía una especie identificada, sino una selección de candidatos que ya han demostrado crecer en presencia del plástico y que pasan a la etapa de purificación.

Subcultivos para obtener cultivos puros

A continuación se realizaron varios subcultivos sucesivos, una técnica que consiste en transferir una pequeña parte de un cultivo a un medio nuevo para ir separando los distintos organismos hasta quedarse con uno solo.

Un cultivo puro es la condición previa de cualquier identificación fiable: si conviven varios organismos, la secuencia de ADN no puede atribuirse a ninguno.

Obtener cultivos puros de los diferentes microorganismos era un paso clave para poder secuenciar cada cultivo por separado. Sin esta purificación, la identificación posterior habría mezclado información de varios organismos.

El valor de esta fase es la trazabilidad: cada cepa que sale del proceso es un organismo único, con el que se puede volver a trabajar y cuya función queda ligada a él sin ambigüedad.

Identificación por secuenciación de ADN y bases de datos

A través de la secuenciación de ADN se identificó a los microorganismos aislados. La secuenciación determina el orden de las unidades que forman el material genético de cada organismo, una huella que permite reconocerlo.

Tras obtener la secuencia de ADN de cada microorganismo, esta se introdujo en una base de datos que se cruzó con otras. Contrastar varias fuentes reduce la ambigüedad y permitió determinar de forma exacta el género y la especie de cada microorganismo.

Cruzar la secuencia de ADN con varias bases de datos permitió pasar de un organismo que degrada plástico a una especie identificada con exactitud.

Con este proyecto se desarrolló con éxito un procedimiento para aislar microorganismos con capacidad de degradar plástico e identificarlos a nivel de género y especie, listos para su uso posterior en biorreactores.

Más allá de las cepas obtenidas, el verdadero activo es el propio método, pensado para encontrar microorganismos con una función determinada y aplicable de nuevo a otras búsquedas, en la línea de otros trabajos con microorganismos en estos equipos, como la modificación genética de bacterias para aumentar la producción de enzimas en biorreactores.