La plastica è diventata una delle maggiori minacce per l’ambiente, con tonnellate di rifiuti che si accumulano negli oceani e nelle discariche. Tuttavia, un gruppo di scienziati ha sviluppato un metodo rivoluzionario per trasformare i rifiuti di plastica in seta di ragno biodegradabile utilizzando batteri. Questo approccio innovativo e sostenibile potrebbe rappresentare una svolta significativa nella lotta contro l’inquinamento da plastica.
La trasformazione della plastica in proteina
Per la prima volta, i ricercatori hanno utilizzato batteri per ”riciclare” il polietilene, un tipo di plastica comunemente utilizzato in molti oggetti monouso, trasformandolo in un prodotto proteico ad alto valore. Il prodotto, che i ricercatori hanno definito “seta di ragno bio-ispirata” per la sua somiglianza con la seta utilizzata dai ragni per tessere le loro ragnatele, trova applicazioni in diversi settori, come quello tessile, cosmetico e persino medico.
La forza della seta di ragno
La seta di ragno è considerata la “Kevlar della natura”, come afferma Helen Zha, Ph.D., assistente professore di ingegneria chimica e biologica e uno dei ricercatori che guidano il progetto presso il Rensselaer Polytechnic Institute. Questa seta può essere quasi forte quanto l’acciaio sotto tensione, ma è sei volte meno densa, rendendola estremamente leggera. Come bioplastica, è elastica, resistente, non tossica e biodegradabile, caratteristiche che la rendono un materiale ideale per un futuro in cui le risorse rinnovabili e la prevenzione dell’inquinamento da plastica persistente sono la norma.
Combattere l’inquinamento da plastica
Il polietilene, presente in prodotti come sacchetti di plastica, bottiglie d’acqua e imballaggi alimentari, è il principale contributore all’inquinamento da plastica a livello globale e può impiegare oltre 1.000 anni per degradarsi naturalmente. Solo una piccola parte di questa plastica viene riciclata, quindi i batteri utilizzati nello studio potrebbero aiutare a “riciclare” parte dei rifiuti rimanenti.
Il processo di conversione
I batteri utilizzati nello studio, Pseudomonas aeruginosa, possono consumare naturalmente il polietilene come fonte di cibo. La sfida affrontata dal team del RPI è stata quella di ingegnerizzare questi batteri per convertire gli atomi di carbonio del polietilene in una proteina della seta geneticamente codificata. Sorprendentemente, hanno scoperto che i loro batteri appena sviluppati potevano produrre la proteina della seta con una resa paragonabile a quella di alcuni ceppi batterici comunemente utilizzati nella bioproduzione.
Il processo biologico alla base di questa innovazione è qualcosa che l’uomo ha sfruttato per millenni. “Essenzialmente, i batteri stanno fermentando la plastica”, ha detto Mattheos Koffas, Ph.D., professore di biocatalisi e ingegneria metabolica, che guida il progetto insieme a Zha. La fermentazione è utilizzata per produrre e conservare vari alimenti, come formaggio, pane e vino, e nelle industrie biochimiche è impiegata per produrre antibiotici, aminoacidi e acidi organici.
Per far fermentare il polietilene ai batteri, la plastica viene prima “predigerita”. Proprio come gli esseri umani devono tagliare e masticare il cibo in pezzi più piccoli prima che il nostro corpo possa utilizzarlo, i batteri hanno difficoltà a mangiare le lunghe catene molecolari, o polimeri, che compongono il polietilene.
Nello studio, Zha e Koffas hanno collaborato con ricercatori dell’Argonne National Laboratory, che hanno depolimerizzato la plastica riscaldandola sotto pressione, producendo una sostanza morbida e cerosa. Successivamente, il team ha posto uno strato di cera derivata dalla plastica sul fondo delle fiasche, che ha servito come fonte di nutrienti per la coltura batterica. Questo si contrappone alla fermentazione tipica, che utilizza gli zuccheri come fonte di nutrienti.
Prospettive future e impatto ambientale
“Quello che è davvero eccitante di questo processo è che, a differenza del modo in cui la plastica è prodotta oggi, il nostro processo è a basso consumo energetico e non richiede l’uso di sostanze chimiche tossiche”, ha detto Zha. “I migliori chimici del mondo non potrebbero convertire il polietilene in seta di ragno, ma questi batteri possono. Stiamo davvero sfruttando ciò che la natura ha sviluppato per fare la produzione per noi.”
Tuttavia, prima che i prodotti in seta di ragno riciclata diventino una realtà, i ricercatori dovranno trovare modi per rendere la produzione della proteina della seta più efficiente.
Questo studio stabilisce che possiamo utilizzare questi batteri per convertire la plastica in seta di ragno. Il lavoro futuro indagherà se modificare i batteri o altri aspetti del processo consentirà di aumentare la produzione”, ha detto Koffas.
“La professoressa Zha e il professore Koffas rappresentano la nuova generazione di ingegneri chimici e biologici che fondono l’ingegneria biologica con la scienza dei materiali per produrre prodotti ecocompatibili. Il loro lavoro è un approccio innovativo per proteggere l’ambiente e ridurre la nostra dipendenza dalle risorse non rinnovabili”, ha detto Shekhar Garde, Ph.D., preside della School of Engineering del RPI.
Lo studio, condotto dall’autore principale Alexander Connor, che ha conseguito il dottorato presso il RPI nel 2023, e dai coautori Jessica Lamb e Massimiliano Delferro con l’Argonne National Laboratory, è pubblicato sulla rivista Microbial Cell Factories.
