La contaminación por plásticos mata a millones de animales cada año.1 Casi 700 especies se han visto perjudicadas por los plásticos. Algunas de ellas están en peligro de extinción. La mayoría de las muertes se producen por enredo o por inanición. Los grandes trozos de plástico pueden retirarse de las aguas interiores, pero no los más pequeños. Los plásticos se descomponen en microplásticos. Van a la deriva por la columna de agua en el océano abierto. Son prácticamente imposibles de recuperar. Se han encontrado microplásticos en más de 100 especies acuáticas, incluyendo peces, camarones y mejillones que las personas comen. Afortunadamente, pasan por el sistema digestivo y se excretan sin daño. Sin embargo, los plásticos han bloqueado los tractos digestivos o perforado órganos en algunas personas, causando la muerte. Los estómagos tan llenos de plásticos reducen las ganas de comer, provocando la inanición. Casi todas las especies de aves marinas comen plásticos. La mayoría de los residuos plásticos no se biodegradan y solo pueden descomponerse en pequeñas partículas mediante procesos físicos.2 Las partículas menores de 150 μm pueden ser ingeridas por los animales, migrar a través de la pared intestinal y alcanzar los ganglios linfáticos y otros órganos del cuerpo.

Richard Thompson, ecólogo marino de la Universidad de Plymouth (Reino Unido), acuñó la palabra microplásticos en 2004 para describir las partículas de plástico de menos de 5 mm, después de que su equipo las encontrara en las playas británicas.2 Se han visto en todos los lugares en los que los investigadores han mirado. Esto incluye lugares remotos como los océanos profundos, la nieve del Ártico, el hielo de la Antártida, el marisco, la sal de mesa, el agua potable y muchas bebidas. Los microplásticos también van a la deriva en el aire y caen con la lluvia. Las personas están expuestas a ellos al respirar y a través de las cosas que tocamos, comemos y bebemos. Los microplásticos contaminan el agua potable, se acumulan en la cadena alimentaria y liberan sustancias químicas tóxicas que pueden causar enfermedades, incluidos varios tipos de cáncer.

Cuando los envases de plástico se calientan en un horno microondas, desprenden microplásticos en los alimentos o el agua que contienen.3 En un estudio reciente, se encontraron microplásticos en el torrente sanguíneo de doce de diecisiete personas.4 Sin embargo, la toxicidad de los microplásticos para el ser humano es poco conocida.3

La basura de plástico se ha vuelto tan omnipresente que la 5a Asamblea de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente concluyó en Nairobi con 14 resoluciones.5 Incluía un acuerdo para establecer un Comité Intergubernamental de Negociación con el mandato de forjar un acuerdo internacional jurídicamente vinculante para acabar con la contaminación por plásticos. Se espera que el tratado sobre los plásticos aborde el ciclo de vida completo de los plásticos, incluyendo la producción, el diseño y la eliminación. El plazo estimado para alcanzar un acuerdo mundial es de dos años.

Desde el 1 de julio de 2022, se ha prohibido en la India la fabricación, importación, almacenamiento, distribución, venta y uso de artículos de plástico de un solo uso con escasa utilidad y alto potencial de ensuciamiento. Más de 100 ciudades y municipios de Estados Unidos han prohibido el poliestireno expandido en las instalaciones gubernamentales, incluyendo la ciudad de Nueva York, Los Ángeles, Seattle, San Diego y Miami Beach, Florida.

En julio de 2019, 68 países de todo el mundo tienen prohibiciones de bolsas de plástico con diferentes grados de aplicación. Ocho estados de Estados Unidos han prohibido las bolsas de plástico de un solo uso. Vermont ha adoptado la prohibición de plásticos más completa de Estados Unidos. Regula el uso de bolsas, pajitas, agitadores de bebidas y envases de espuma para alimentos. Bangladesh fue el primer país del mundo en prohibir las bolsas de plástico finas en 2002. Nueva Zelanda se convirtió en el último país en prohibir las bolsas de plástico en julio de 2019. En junio de 2019, Canadá anunció la prohibición de los plásticos de un solo uso para 2021. Más de 300 ciudades y pueblos de Estados Unidos han prohibido las bolsas de plástico de un solo uso.

Sin embargo, ningún país restringe la fabricación y producción de bolsas de plástico. La producción mundial de plásticos ha aumentado considerablemente en las últimas décadas, pasando de 1.7 millones de toneladas métricas al año en la década de 1950 a 370 millones de toneladas métricas al año en 2019.6

Los plásticos que son menos densos que el agua de mar son arrastrados desde la costa hacia el océano abierto a través de la circulación del agua de mar y el viento. Entran en las corrientes oceánicas y forman parches de basura plástica. El Gran Parche de Basura del Pacífico se descubrió por primera vez en 1997. Tiene dos veces el tamaño de Texas y está situado entre Hawái y California.6 Se han investigado otros cuatro giros plásticos en todo el mundo.7 Son el giro del Atlántico Norte, el giro del Atlántico Sur, el giro del Pacífico Sur y el giro del Índico. Cada año se vierten en los océanos unos ocho millones de toneladas de plástico y en ellos hay 51 billones de piezas de microplásticos.7

Sin embargo, la distribución de los parches de basura plástica no es totalmente coherente con los modelos de circulación oceánica.7 Además, estas manchas de plástico solo representan un 1% del total de plásticos vertidos en el océano. Cerca del 99% de los plásticos acaban en el fondo del océano. Los organismos se adhieren a los plásticos, causando biofouling. Esto aumenta la densidad del plástico, haciendo que se hunda. Los percebes y los corales forman macrofouling en una variedad de objetos. Están formados principalmente por calcita y aragonito, cuyas densidades son mucho mayores que las del agua de mar. Como los plásticos se vuelven más densos que el agua de mar después del biofouling, se hunden, llevando los nutrientes y la alta biodiversidad al fondo del océano. Al igual que los cadáveres de las ballenas, estas gotas de plástico pueden atraer a las criaturas de las profundidades marinas y, con el tiempo, formar una biota en las profundidades, junto con los respiraderos hidrotermales, las filtraciones frías y las caídas de ballenas.7

Por ello, se buscan soluciones a este problema. La industria está utilizando materiales alternativos para mejorar el reciclaje y hacer plásticos biodegradables.8 Sin embargo, el 99% de los plásticos que se producen hoy en día son polímeros fabricados a partir de combustibles fósiles y seguirán desempeñando un papel importante en la sociedad moderna. Según el informe European Bioplastics 2020, se espera que la capacidad total de producción de biopolímeros en la Unión Europea alcance los 2.45 megatoneladas (Mt) en 2024. Una forma de disminuir los residuos es utilizar una economía circular, en la que los residuos de un fabricante se convierten en la materia prima de otro. Esto mejora la producción y la gestión de los residuos al reducir el consumo de agua, residuos y energía. De 2006 a 2018, la cantidad de residuos de plástico reciclados posconsumo se duplicó, alcanzando el 32.5% (29.1 Mt), mientras que el 42.6% se utilizó para la producción de energía y el 24.9% se depositó en vertederos.

Muchos investigadores buscan soluciones en la naturaleza.9 Buscan organismos que utilicen enzimas para descomponer plásticos artificiales, como el poliestireno, el poliuretano y los poliésteres. La búsqueda de estas enzimas tuvo éxito en 2016, cuando investigadores japoneses que analizaban el lodo cerca de una fábrica de reciclaje de plásticos encontraron una bacteria que producía dos enzimas que le permitían alimentarse del poliéster llamado tereftalato de polietileno (PET). Lo hidrolizaron, descomponiéndolo en sus componentes básicos, el ácido tereftálico y el etilenglicol. El PET se utiliza para fabricar botellas de plástico de un solo uso y fibras en la ropa de poliéster. Supone una quinta parte de la producción mundial de plástico. Ha surgido un consorcio internacional. A medida que los investigadores de todo el mundo encuentran microorganismos útiles, pueden enviarlos a laboratorios como el de la Universidad de Portsmouth. Allí se pueden extraer las enzimas, purificarlas y determinar su estructura mediante cristalografía de rayos X. A continuación, se utiliza la inteligencia artificial para diseñar nuevas enzimas que sean mucho más eficaces.

Aunque los productos químicos industriales pueden descomponer los plásticos, las enzimas naturales proporcionan un enfoque más ecológico, ya que requieren menos energía y también se dirigen a plásticos específicos que se mezclan con la basura.9 Una empresa en Francia ya está construyendo una fábrica de demostración que utilizará enzimas para convertir la basura plástica en materia prima para nuevas botellas. En 2014, solo se reciclaba el 19% de todo el plástico. Mientras tanto, se espera que la producción de plástico crezca un 70% para 2050, hasta casi 600 millones de toneladas al año. Al mismo tiempo, el Departamento de Energía de EE. UU. está financiando la investigación de formas de reciclar plásticos utilizando calor, luz y electricidad.

Las bacterias del intestino de un insecto llamado gusano de la harina (Tenebrio molitor) son capaces de degradar el poliestireno, el poliuretano, el polietileno, el polipropileno, el ácido poliláctico, el cloruro de polivinilo y el caucho vulcanizado.10 El escarabajo Tribolium confusum puede degradar tanto el polietileno como el poliestireno. La polilla de la cera Galleria mellonella puede degradar el polietileno. El caracol terrestre Achatina fulica puede degradar el poliestireno.

Algunos hongos pueden descomponer los plásticos y eliminar muchos contaminantes.7 Algunos de ellos tienen enzimas que descomponen el polímero natural llamado lignina. Las enzimas son secretadas por hongos de podredumbre blanca como Bjerkandera adusta, que puede descomponer el nailon. El hongo de la podredumbre parda Gloeophyllum trabeum puede descomponer el poliestireno sulfonado. Asimismo, las muestras de suelo de la rizosfera del manglar Avicennia marina fueron capaces de descomponer el polietileno. Los hongos más eficaces fueron Aspergillus terreus y Aspergillus sydowii. Algunos investigadores lograron aislar 12 cepas de hongos a partir de restos de plástico de una costa en Suiza que pueden descomponer el poliuretano y el polietileno.

Estos organismos pueden crecer en el laboratorio en cultivos celulares. Esto proporciona a los investigadores una cantidad suficiente de su ADN para poder determinar las secuencias de nucleótidos que componen los genes. En el método dependiente del cultivo, los microorganismos que expresan la enzima deseada se enriquecen primero y se aíslan en condiciones de cultivo adecuadas.11 A continuación, se procede a la clasificación taxonómica de géneros y especies y a la identificación de enzimas potencialmente útiles. Sin embargo, el método dependiente de los cultivos limita seriamente las posibilidades de encontrar nuevas enzimas que puedan degradar el plástico. Se ha cultivado menos del 1% del total de microorganismos del planeta. Muchos de ellos no son estables fuera de su entorno natural (como el intestino humano) y no pueden cultivarse en cultivos celulares. La mejor manera de identificar estos microorganismos es secuenciar la mayor parte del ADN de una muestra ambiental, aunque esta contenga en su mayoría trozos de genomas y no genomas completos de células intactas. Esto se llama metagenómica. Es el estudio de la estructura y la función de las secuencias de nucleótidos que se aíslan y analizan de todos los organismos de una muestra a granel, como los de la piel humana, el suelo, la basura o el agua. Se han identificado muchos genes que codifican enzimas capaces de descomponer diversos materiales plásticos a partir de muchas muestras metagenómicas ambientales.

Además, los investigadores están estudiando el proteoma, o conjunto de todas las proteínas que se expresan en las muestras.11 La proteómica ha sido útil para encontrar nuevas enzimas de un amplio repertorio de fuentes microbianas para aplicaciones biotecnológicas.

La ingeniería de proteínas ha producido una nueva enzima que puede degradar los plásticos mejor que las enzimas que se dan en la naturaleza.12 Los investigadores empezaron por observar las enzimas que existen en las bacterias que viven en el compost que contiene hojas y ramas de plantas muertas. Contenían enzimas capaces de descomponer el polímero natural llamado cutina. Los investigadores cambiaron algunos aminoácidos cruciales y produjeron una enzima que es estable a temperaturas más altas y tiene una mayor actividad enzimática en el PET.

Por ello, científicos e ingenieros están desarrollando nuevas enzimas que pueden descomponer los plásticos en monómeros que pueden utilizarse para reciclar los plásticos en una economía circular que sea respetuosa con el medio ambiente.

Notas

1 Parker, P. (2019). The world's plastic pollution crisis explained. National Geographic. Junio, 7.
2 Yuan, Z. et al. (2022). Human health concerns regarding microplastics in the aquatic environment - from marine to food systems. Science of the Total Environment, Vol. 823, art. 153730.
3 Lim, X. Z. (2021). Microplastics are everywhere, but are they harmful?. Nature. Vol. 593, pp. 22-24.
4 Leslie, H. A. et al. (2022). Discovery and quantification of plastic particle pollution in human blood. Environment International. Vol. 163, art. 107199.
5 Ansah, K. B. (2022). Brief on global plastics treaty. Towards a global plastics treaty: perspectives on key considerations for negotiators, governments, businesses, and all stakeholders in the plastics ecosystem. United Nations. Septiembre, 30.
6 Li, X. y Sun, W. (2022). The formation of deep sea plastic biotas. Science Bulletin. Vol. 67, pp. 674-675.
7 Delangiz, N. et al. (2022). Can polymer-degrading microorganisms solve the bottleneck of plastics’ environmental challenges?. Chemosphere. Vol. 294, art. 133709.
8 Beghetto, V. et al. (2021) Recent advances in plastic packaging recycling: a mini-review. Materials. Vol. 14, art. 4782.
9 Cornwall, W. (2021). The plastic eaters. Science. Vol. 373, pp. 37-39.
10 Bulak, P. et al. (2021). Biodegradation of different types of plastics by Tenebrio molitor insect. Polymers. Vol. 13, art. 3508.
11 Zhu, B. et al. (2022). Enzyme discovery and engineering for sustainable plastic recycling. Trends in Biotechnology. Vol. 40, pp. 22-28.
12 Li, Z. et al. (2022). Structural insight and engineering of a plastic degrading hydrolase Ple629. Biochemical and Biophysical Research Communications. Vol. 626, pp. 100-106.