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PET

PET: qualcuno è in grado di digerirlo!

 

Sakai, Giappone, prefettura di Fukui. Dai rifiuti solidi urbani della città arriva la rivoluzione nel campo dello smaltimento della plastica: un batterio in grado di utilizzare PET come fonte principale di nutrimento.

POLIETILENE TEREFTALATO OVUNQUE!

Ormai, è un problema che desta sempre più preoccupazioni quello dello smaltimento ecosostenibile dei rifiuti e una buona parte della ricerca si concentra nel campo dei derivati del petrolio.

Le industrie chimiche, a livello mondiale, sono molto attive nella produzione di materie plastiche: sigle come PET e PVC e nomi come polistirene, poliammide (il nylon) e Teflon sono entrati nella vita di tutti i giorni. Questi materiali vengono utilizzati per la produzione di bottiglie, contenitori alimentari e sacchetti, che pur essendo per la maggior parte riciclabili, continuano a dare problemi per quanto riguarda stoccaggio e smaltimento.

Secondo la Plastics Europe sono state prodotte, nel 2014, 8 milioni di tonnellate di rifiuti plastici solo in Europa. A livello mondiale, invece, Cina e Stati Uniti sono arrivati a 1,3-3,5 e 0,04-0,1 milioni di tonnellate di plastica sversate in mare. Più avanti ci saranno altre cifre (verrà anche il turno dell’Italia, non preoccuparti).

Ma prima, di scoprire cos’ha in serbo la spazzatura di Sakai per noi, è bene capire meglio con cosa abbiamo a che fare. Che cosa sono le plastiche? Come sono fatte? Come mai sono così cattive con l’ambiente?

CHE COS’È IL PET?

Il polietilene tereftalato, conosciuto meglio sotto la sigla PET, è stato inventato nel 1941 da John R. Whinfieldun e James T. Dickson. Nel 1973 il chimico Nathaniel Wyeth brevettò le nostre amate bottiglie di PET.

Il processo produttivo, del quale sarebbe inutile spiegare tutti i dettagli chimici, consiste in una reazione cosiddetta di polimerizzazione, basata su un principio abbastanza semplice. Partendo da molte molecole più piccole e tutte uguali (monomeri) se ne ricavano delle lunghe catene legandole tra di loro (polimeri). Questo porta al prefisso ‘’poli-’’ davanti a tutti quei nomi strani che piacciono tanto ai chimici.

Facile, no?

Ebbene, se anche la creazione di questi materiali possa sembrare semplice, la distruzione e lo smaltimento degli stessi sono molto più problematiche. Questi materiali sono studiati apposta per rispondere a precise esigenze di plasticità, trasparenza e, soprattutto, di durata. Ciò spiega come mai i materiali plastici rimangano nell’ambiente per centinaia di anni. Nel caso del loro riciclaggio dobbiamo affidarci a macchinari e processi industriali appositi, cose che la natura non possiede o che almeno sembrava, fino a poco tempo fa, non possedere!

Allora cosa ci arriva dalla terra del Sol levante come nuovo approccio alla questione smaltimento rifiuti? Gli scienziati del Kyoto Institute of Technology e della Keio University sono andati dritti al sodo.

Dai rifiuti la soluzione al problema dei rifiuti. 

Ebbene sì, il team di ricercatori non ha avuto paura di sporcarsi le mani e ha esaminato ben 250 campioni di rifiuti nei quali era presente PET. Nell’articolo pubblicato su Science l’11 marzo 2016 gli autori tengono a precisare che questi campioni sono composti da suolo, acque reflue e liquami (wow, che coraggio!) provenienti proprio da un sito di riciclaggio di bottiglie di PET, situato nella città di Sakai.

Da uno di questi campioni è stato isolato un consorzio di microrganismi, cresciuto in una coltura liquida, che ha mostrato la capacità di bucherellare letteralmente un film di PET del peso di 60 mg e spesso 0.2 mm (per confronto un normale foglio A4 pesa circa 500 mg ed ha uno spessore di 0.1 mm).

Nel consorzio, denominato erano presenti sia batteri che lieviti ed è quindi stato necessario effettuare diverse diluizioni della coltura per poter restringere il campo ed infine isolare il batterio protagonista della ricerca: Ideonella Sakaiensis 201F6, ufficialmente registrato, e quindi battezzato, nel database tassonomico del National Center for Biotechnology Information (NCBI).

Questo batterio ha suscitato molto interesse per le sue caratteristiche uniche, sia dal punto di vista delle applicazioni ecologiche, sia dal punto di vista evoluzionistico.

Ma andiamo con ordine.

PET IN BRODO DI LATTUGA MODIFICATA E UOVO.

Anche se può su1a_sxonare strano che qualche essere vivente riesca a trovarsi bene in un ambiente del genere, la coltura per il consorzio n°46 è stata preparata mettendo uno strato di PET in MLE liquido (Modified Lettuce and Egg). Dopo anche solo 20 giorni la crescita sullo strato di PET è diventata ben evidente e dalle osservazioni al microscopio è emerso che . sakaiensis si àncora allo strato di polietilene tramite dei filamenti che, molto probabilmente, servono anche a rilasciare degli enzimi prodotti da questa specie. Alcuni di questi catalizzatori biologici rendono Ideonella sakaiensis un organismo unico al mondo!

Infatti questo batterio aggiunge alla “ricetta” alcuni enzimi molto particolari osservati, ad oggi, solo in questa specie. Nello specifico ha suscitato molto interesse la scoperta di un enzima capace di tagliare le lunghe catene del PET (chiamato PETasi…sì,si può ridere) nei suoi monomeri, rendendo le cellule di Ideonella capaci di trasformare il polietilene tereftalato, inquinante e non biodegradabile, in acido tereftalico e glicole etilenico, innocui per l’ambiente.

Quindi per ricapitolare: lattuga modificata, uovo, Ideonella sakaiensis 201-F6 e PET.

La ricetta per pulire l’ambiente è quasi a punto! (N.B: NON aggiungere “sale a piacere”, la maggior parte dei batteri non ci va molto d’accordo!)

Signore e signori di accettano scommesse! 

Viste le sue caratteristiche uniche il team di scienziati ha voluto vederci chiaro e studiare in maniera più approfondita la singola PETasi all’opera in provetta e confrontarla con altri 3 enzimi in una vera e propria gara a chi si mangia meglio la plastica! Per equità sono stati tutti valutati in base alla loro capacità di promuovere una reazione di idrolisi e quindi di utilizzare acqua per tagliare il PET.

Gli sfidanti, indicati nell’albero in figura, sono i seguenti.PET

  • In alto a destra, in viola, in mezzo a tutte quelle sigle strane, TfH, ottenuto da un batterio termofilo. Adora il caldo, sarà tosta batterlo!
  • A sinistra, in blu, tutto solo soletto, FsC, isolato da un fungo. Quale tattica starà elaborando in quell’angolo?
  • In basso a destra, in giallo, LCC, un enzima simile a FsC. Per il novellino sarà come tentare di sfidare due volte lo stesso avversario.
  • Infine, la new entry del 2016, in basso e colorata di rosa, la PETasi. Ha dimostrato di avere ottime potenzialità, ma riuscirà a confermare le aspettative?

 

Quindi, diamo il via alla gara!

Ogni enzima è stato incubato separatamente con il PET alla temperatura di 30°C per 18 ore. Una bella maratona. I risultati?

La PETasi ha avuto un’attività 5.5 volte maggiore di LCC, 88 volte maggiore di FsC e ha realizzato uno schiacciante 120 a 1 contro la TfH! Con questo esperimento, ed altri mirati a misurare diversi parametri dell’enzima, il team di Kyoto ha dimostrato che è davvero unico e può avere importanti applicazioni ecologiche nel prossimo futuro. Basterebbe avere il coraggio di puntare di più sulla ricerca in questo campo per permettere di sviluppare molte idee che potrebbero cambiare il nostro modo di riciclare.

E tu, ci scommetteresti?

Facciamo due conti. 

Una cosa che sicuramente è già cambiata grazie a questa scoperta è il modo che abbiamo di vedere l’evoluzione. Ebbene sì, andiamo a scomodare proprio lui, Mr. Charles Darwin.

Attenzione, qui non si parla di un cambiamento epocale che spazza via le basi della teoria dell’evoluzione, che resta validissima e ampiamente confermata; parliamo anzi di una conferma di quest’ultima e soprattutto del potere della natura.

Allora, facciamo un paio di conti: siamo nel 2016 e abbiamo detto che l’invenzione del polietilene tereftalato risale al 1941, ciò significa che in appena 75 anni i batteri sono riusciti a elaborare una strategia che permettesse loro di nutrirsi principalmente di PET! Normalmente, quando si parla di evoluzione si tirano in ballo scale temporali decisamente più ampie (ti sfido a far diventare le bottiglie di plastica parte integrante della tua dieta in meno di 75 anni).

Forti questi batteri, eh?

E diamo un po’ di numeri. 

Adesso però sarebbe opportuno tornare a parlare di cose più concrete. Ci vogliono i dati. Ci vogliono i numeri. Con questi ci si può meglio rendere conto della portata di questo argomento.

Da un articolo pubblicato su Science il 13 febbraio 2015 emerge un dato preoccupante a dir poco: nel 2010 sono state prodotte 275 milioni di tonnellate di plastica nei 192 principali paesi costieri della Terra e di queste tra i 4,9 e i 12,7 milioni sarebbero finite negli oceani e nei mari. Non è finita qui: se si continua con questo ritmo entro il 2025 questa cifra potrebbe arrivare ad essere dieci volte quella attuale!

Hai mai sentito parlare di Pacific Trash Vortex?

L’enorme accumulo di rifiuti nell’Oceano Pacifico, verificatosi a partire dagli anni ’50, insieme al suo ‘’fratello minore’’, il North Atlantic Garbage Patch, è ancora oggi una situazione molto critica tutta da risolvere.

Molto recentemente sono state proposte diverse soluzioni a questo problema, come ad esempio il progetto Ocean cleanup di Boyan Slat e, udite udite, bucce d’arancia!

MA L’ITALIA?

Pensavi che me ne fossi scordato vero? Te l’avevo promesso all’inizio dell’articolo e quindi ecco qualche dato da un’indagine di Legambiente del 2015.

Sono stati monitorati 120 km2 di mare e 2597 rifiuti galleggianti (composti al 95% da plastica) e questa è la classifica emersa:

  1. nel Tirreno centrale sono stati rilevati 51 rifiuti/km2;
  2. nell’Adriatico meridionale il dato è di 34 rifiuti/km2;
  3. nello Ionio i rifiuti al chilometro quadrato trovati sono stati 33.

 

In parallelo a questa indagine è stato portato avanti anche il primo monitoraggio di microplastiche in mare: il picco è raggiunto a largo dell’isola di Ischia dove sono state rilevate 528 microparticelle di plastica per 1000 m3 di acqua.

 

E se non è PET… Cos’é? PLA.

Ti starai chiedendo cosa mai potrà fare un piccolo e insignificante batterio per risolvere questi problemi che, come abbiamo visto, hanno portata mondiale.

Considerando che negli ultimi anni si stanno sempre più moltiplicando gli sforzi per trovare soluzioni alternative al problema dell’inquinamento ambientale da plastiche, possiamo dire che Ideonella sakaiensis 201-F6 potrebbe rivelarsi uno strumento molto versatile e potente da affiancare a molte tecniche di biorisanamento ambientale e non solo.

Già oggi dal mondo delle biotecnologie arrivano proposte e soluzioni basate sulla sostenibilità e la biodegradabilità (concetti fin troppo spesso confusi tra loro).PET

Una nuova bioplastica, vale a dire ottenuta da massa organica (biomassa), sta già prendendo il posto del PET in alcuni contenitori alimentari di marchi noti (no, niente pubblicità Mr. ‘’Bifidus’’, sappiamo cosa ci nascondi!) e garantisce ottime caratteristiche anche per l’uso nelle stampanti 3D, nome in codice: PLA.

L’acido polilattico (o polilattato) è composto da molecole di acido lattico, prodotto della fermentazione eseguita da diversi microrganismi che utilizzano l’amido come fonte di nutrimento. Quest’ultimo costituisce la materia organica di partenza che, attraverso processi di chimica di sintesi o modificazione genetiche dei lieviti, viene trasformata in una plastica con caratteristiche quasi identiche al polietilene tereftalato.

I vantaggi?

Un bicchiere di PLA si decompone totalmente nell’ambiente in circa 50 giorni, ciò lo rende biodegradabile, e l’unico residuo che viene immesso nell’ambiente è l’acido lattico, sostanza assolutamente non dannosa. Inoltre, dato che viene ottenuto da piante, la quantità di CO2 emessa quando viene bruciato o compostato viene in egual misura riassorbita da altre piante durante la normale fotosintesi. Questo porta a quello che viene definito un ciclo chiuso e ciò rende il PLA sostenibile.

L’unico problema che si presenta è quello della provenienza della biomassa di partenza: se infatti partiamo dall’amido di mais per produrre questa bioplastica dobbiamo assicurarci che i campi di mais coltivato e utilizzato a tale scopo non entrino in competizione con quelli a destinazione alimentare. Purtroppo l’industria agroalimentare presenta già molti problemi per quello che riguarda l’estensione esagerata e invasiva delle coltivazioni.

Ed è qui che le biotecnologie entrano in gioco per ovviare al problema: se infatti utilizzare una produzione primaria come fonte iniziale di biomassa è evidentemente poco sostenibile, l’utilizzo di materia di scarto di produzioni industriali sembra costituire un’alternativa decisamente più ecosostenibile.

Gli scarti infatti, per quanto assurdo possa sembrare, costituiscono una miniera d’oro sotto questo punto di vista perché modificando alcuni organismi e adattandoli a crescere in condizioni particolari si possono utilizzare come biomassa di partenza bucce di pomodoro, vinacce, scarti dell’olivicoltura, siero di latte, penne e piume, scarti di barbabietola fino alla frazione organica dei rifiuti urbani!

Quindi, tirando le somme, se magari si investisse di più nella promozione di idee innovative e, perché no, anche fantasiose (bucce d’arancia??), si potrebbe riuscire a migliorare le condizioni in cui versa l’ambiente nei prossimi anni.

Ed ora, dopo questo gran parlare, te lo richiedo: e tu? Tu ci scommetteresti?

Ringrazio Stefano Bertacchi della Galatea Bio Tech per la disponibilità e il tempo concessi per approfondire il tema delle bioplastiche.

BIBLIOGRAFIA

 

A cura di Nader Baydoun. Revisionato da Giulia Ciceri

 

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About the Author : Nader Baydoun

Rocker e aspirante biotecnologo dall'animo nerd. Pensare fuori dal quadrato è una filosofia di vita.

1 Comment
  1. Anonimo 15/11/2016 at 18:06 - Reply

    Grazie per l’articolo, interessante e ben documentato

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