Dos jóvenes científicas degradan plástico con bacterias

Una vez creado, el plástico (casi) nunca muere. En el decimosegundo grado Miranda Wang y Jeanny Yao fueron en busca de una nueva bacteria que biodegradara el plástico, en concreto, rompiendo los ftalatos, un plastificante nocivo. Los ftalatos se encuentran en plásticos flexibles y son ligados a graves problemas de salud. Encontraron una respuesta sorprendentemente cerca de casa.

Miranda Wang: Estamos aquí para hablar de los accidentes. ¿Cómo se sienten acerca de los accidentes? Cuando pensamos en los accidentes, generalmente consideramos que son perjudiciales, desafortunados o incluso peligrosos, y ciertamente pueden serlo. ¿Pero siempre son tan malos? El descubrimiento que habría de conducir a la penicilina, por ejemplo, es uno de los accidentes más afortunados de todos los tiempos. Sin el accidente mohoso del biólogo Alexander Fleming, causado por una estación de trabajo descuidada, no seríamos capaces de luchar contra muchas infecciones bacterianas.

Jeanny Yao: Miranda y yo estamos aquí hoy porque nos gustaría compartir cómo nuestros accidentes han llevado a descubrimientos. En 2011, visitamos la estación de transferencia de residuos de Vancouver y vimos un enorme hoyo de desechos plásticos. Nos dimos cuenta de que cuando los plásticos se arrojan al vertedero, es difícil clasificarlos porque tienen densidades similares, y cuando están mezclados con materia orgánica y desechos de construcción, es verdaderamente imposible separarlos y eliminarlos ambientalmente.

MW: Sin embargo, los plásticos son útiles porque son durables, flexibles, y puede moldearse fácilmente en muchas formas útiles. La desventaja de esta conveniencia es que hay un elevado costo para esto. Los plásticos causan serios problemas, tales como la destrucción de los ecosistemas, la contaminación de los recursos naturales, y la reducción del espacio de tierra disponible. Esta imagen aquí es la Gran Mancha de Plásticos del Pacífico. Cuando se piensa en contaminación por plástico y el entorno marino, pensamos en la Gran Mancha de Plásticos del Pacífico, que se supone que es una isla flotante de residuos plásticos. Pero eso ya no es una descripción exacta de la contaminación por plásticos en el medio marino. Justo ahora, el océano es en realidad una sopa de desechos plásticos, y no hay a donde puedan ir en el océano donde no sean capaces de encontrar partículas plásticas.

JY: En una sociedad dependiente de plástico, recortar la producción es una buena meta, pero no es suficiente. ¿Y qué pasa con los residuos que ya se ha producido? Los plásticos tardan cientos o miles de años para biodegradarse. Así que, ¿saben qué? En vez de esperar a que se degrade esa basura y amontonarla, vamos a encontrar una manera de desintegrarlos con bacterias. Suena genial, ¿verdad?

Audiencia: Sí. JY: Gracias. Pero tuvimos un problema. Verán, los plásticos tienen estructuras muy complejas y son difíciles de biodegradar. De todos modos, teníamos curiosidad y esperanza y aun así queríamos intentarlo.

MW: Con esta idea en mente, Jeanny y yo buscamos en algunos centenares de artículos científicos en Internet, y elaboramos una propuesta de investigación en el comienzo de nuestro decimosegundo grado. El objetivo era encontrar bacterias de nuestro río local Fraser que pudieran degradar un plastificante dañino llamado ftalatos. Los ftalatos son aditivos utilizados en productos cotidianos de plásticos para aumentar su flexibilidad, durabilidad y transparencia. Aunque son parte del plástico, no están unidos covalentemente a la estructura del plástico. Como resultado, escapan fácilmente en nuestro entorno. No solo los ftalatos contaminan nuestro medio ambiente, también contaminan nuestros cuerpos. Para empeorar el asunto, los ftalatos se encuentran en productos a los que tenemos una alta exposición, tales como juguetes de bebés, envases de bebidas, cosméticos y envolturas de comida. Los ftalatos son horribles porque nuestros cuerpos los absorben muy fácilmente. Se pueden absorber por el contacto con la piel, ingeridos e inhalados.

JY: Cada año, al menos 210 millones de kilogramos de ftalatos contaminan nuestro aire, agua y suelo. Incluso la Agencia de Protección Ambiental clasifica a este grupo como un contaminante de alta prioridad ya que se ha demostrado que causa cáncer y defectos de nacimiento actuando como un disruptor hormonal. Leemos que cada año, el gobierno municipal de Vancouver monitorea los niveles de concentración de ftalatos en los ríos para evaluar su seguridad. Así que pensamos que, si hay lugares a lo largo de nuestro río Fraser que están contaminados con ftalatos, y si hay bacterias que son capaces de vivir en estas áreas, entonces tal vez, tal vez estas bacterias podrían haber evolucionado para descomponer los ftalatos.

MW: Así que presentamos esta buena idea a la Dr. Lindsay Eltis de la Universidad de Columbia Británica, y sorprendentemente, nos llevó a su laboratorio y le pidió a sus estudiantes graduados Adam y James que nos ayudaran. Poco sabíamos en ese momento que un viaje a la basura y algunas investigaciones en Internet y juntar el coraje para actuar sobre una inspiración, nos llevaría en un viaje que cambia la vida de accidentes y descubrimientos.

JY: El primer paso en nuestro proyecto fue recoger muestras de suelo de tres sitios diferentes a lo largo del río Fraser. De miles de bacterias, queríamos encontrar unas que pudieran romper los ftalatos, así que hemos enriquecido nuestros cultivos con ftalatos como la fuente única de carbono. Esto implica que, si algo crece en nuestros cultivos, entonces debe ser capaz de vivir de los ftalatos. Todo iba bien a partir de allí, y nos convertimos en científicas increíbles. (Risas)

MW: Um… uh, Jeanny. JY: Solo estoy bromeando.

MW: Bien. Bueno, fue parcialmente mi culpa. Verán, accidentalmente rompí el frasco que contenía nuestro tercer cultivo de enriquecimiento, y como resultado, tuvimos que limpiar la habitación de la incubadora con lejía y etanol dos veces. Y este es solo uno de los ejemplos de los muchos accidentes que ocurrieron durante nuestros experimentos. Pero este error resultó ser bastante afortunado. Nos dimos cuenta de que los cultivos ilesos vinieron de lugares opuestos de niveles de contaminación, Así que este error en realidad nos llevó a pensar que tal vez podemos comparar los diferentes potenciales degradativos de las bacterias de los sitios de los niveles de contaminación opuestos.

JY: Ahora que cultivamos las bacterias, queríamos aislar cepas con placas mediadoras, porque pensamos que así sería menos propenso a los accidentes, pero nos equivocamos otra vez. Hicimos agujeros en nuestro agar mientras lo hacíamos y contaminamos algunas muestras y hongos. Como resultado, tuvimos que rayar y volver a rayar varias veces. Entonces monitorizamos la utilización de ftalato y el crecimiento bacteriano, y encontramos que compartían una correlación inversa, así que al aumentar la población bacteriana, las concentraciones de ftalato disminuían. Esto significa que nuestras bacterias vivían realmente de los ftalatos.

MW: Ahora que encontramos bacterias que podían romper los ftalatos, nos preguntamos cuáles eran estas bacterias. Así que Jeanny y yo tomamos tres de nuestras variedades más eficientes y entonces realizamos la amplificación de la secuencia genética en ellas y comparamos nuestros datos con una amplia base de datos en línea. Estábamos contentas de ver, que aunque nuestras tres variedades habían sido previamente identificadas, dos de ellas no fueron previamente asociadas con la degradación de ftalato, éste era en realidad un descubrimiento novedoso.

JY: Para entender mejor cómo funciona esta biodegradación, queríamos verificar las vías catabólicas de nuestras tres variedades. Para hacer esto, extrajimos las enzimas de la bacteria para reaccionar con un intermedio de ácido ftálico.

MW: Monitorizamos este experimento con espectrofotometría y obtuvimos este bonito gráfico. Este gráfico muestra que nuestras bacterias realmente tienen un camino genético para biodegradar los ftalatos. La bacteria puede transformar los ftalatos, que son una toxina peligrosa, en productos finales como dióxido de carbono, agua y alcohol.

Sé que algunos de ustedes en la multitud están pensando, bueno, el dióxido de carbono es horrible, es un gas de efecto invernadero. Pero si nuestra bacteria no evoluciona para romper los ftalatos, habría usado algún otro tipo de fuente de carbono, y la respiración aerobia habría llevado a tener como productos finales como el dióxido de carbono de todos modos.

También estábamos interesadas en ver, aunque hemos obtenido una mayor diversidad de biodegradadores de bacterias desde el hábitat de aves, obtuvimos los degradadores más eficientes desde el vertedero. Así que esto demuestra plenamente que la naturaleza evoluciona mediante la selección natural.

JY: Así Miranda y yo presentamos esta investigación en la competencia Sanofi BioGENEius Challenge y fuimos reconocidas con el mayor potencial de comercialización. Aunque no somos las primeras en encontrar bacterias que puede descomponer los ftalatos, fuimos las primeras en investigar nuestro río local y encontrar una posible solución a un problema local. No solo hemos demostrado que las bacterias pueden ser la solución a la contaminación plástica, sino también que estar abiertos a resultados inciertos y a tomar riesgos crea oportunidades para descubrimientos inesperados.

A lo largo de este viaje, también hemos descubierto nuestra pasión por la ciencia, y actualmente continuamos la investigación en otros productos químicos de combustibles fósiles en la universidad. Esperamos que en un futuro próximo, podremos crear organismos modelo que puedan romper no solo los ftalatos sino una amplia variedad de diferentes contaminantes. Podemos aplicar esto a las plantas de tratamiento de aguas residuales para limpiar nuestros ríos y otros recursos naturales. Y tal vez un día seremos capaces de abordar el problema de los residuos sólidos de plástico.

MW: Creo que nuestro viaje verdaderamente ha transformado nuestra visión de los microorganismos, y Jeanny y yo hemos demostrado que incluso los errores pueden conducir a descubrimientos. Einstein dijo una vez, “No podemos resolver los problemas usando el mismo tipo de pensamiento que usamos cuando se crearon”. Si estamos haciendo plástico sintético, entonces creemos que la solución sería romperlos bioquímicamente.

Gracias. JY: Gracias.

(Aplausos)

“Sin embargo, los plásticos son útiles porque son durables, flexibles, y puede moldearse fácilmente en muchas formas útiles. La desventaja de esta conveniencia es que hay un elevado costo para esto. Los plásticos causan serios problemas, tales como la destrucción de los ecosistemas, la contaminación de los recursos naturales, y la reducción del espacio de tierra disponible.”

 

Tomado íntegro de Ted, Ideas que vale la pena difundir.