O echipă de cercetători de la Universitatea din Konstanz, din Germania, a reușit să identifice o enzimă microbiană specializată în descompunerea anumitor tipuri de poliesteri și bioplastice. Această descoperire scientifică este de o importanță majoră, deoarece enzima are capacitatea de a degrada și penicilina, un antibiotic cunoscut. Din cauza formei sale largi la nivelul centrului activ, cercetătorii au decis să îi ofere acestei enzime porecla de „Pac-Man”, făcând trimitere la personajul celebru din jocurile video care consumă obiectele din jur.
Biologii Harry Lerner și David Schleheck au realizat această identificare în cadrul unor studii menite să analizeze modul în care comunitățile microbiene pot descompune complet poliesterii alifatici cu lanț lung, numiți LCAP. Pentru a observa acest proces în condiții cât mai naturale, echipa a ales să îngropă mici fragmente de folie din acest tip de bioplastic în stratul superior de sol, bogat în humus, al unei zone împădurite din grădina botanică a universității. Probele au fost lăsate în sol la o adâncime de aproximativ 10 centimetri, fără a fi perturbate, timp de un an întreg.
În cadrul experimentelor de laborator, cercetătorii au monitorizat cantitatea de dioxid de carbon eliberată de microorganisme, deoarece respirația acestora indică nivelul de activitate și descompunerea materialelor. Rezultatele au demonstrat că materialele din bioplastic s-au descompus complet într-un interval de 250–330 de zile, în timp ce celuloza a dispărut în circa 80 de zile. În contrast puternic, polietilena de înaltă densitate, cunoscută sub numele de HDPE, aproape că nu a prezentat niciun semn de degradare pe parcursul perioadei de testare.
După recuperarea fragmentelor de folie LCAP, examinarea prin microscop electronic a scos la iveală mici perforații care corespundeau dimensiunilor celulelor bacteriene individuale. Pe baza acestor observații, cercetătorii au formulat ipoteza că suprafața bacteriilor este acoperită cu enzime de tip depolimeraze, care permit microorganismelor să pătrundă în grosimea foliei. Aceste enzime funcționează prin descompunerea polimerilor în molecule mult mai mici, facilitând astfel procesul de degradare a materialelor sintetice de care bacteriile încearcă să profite.
Capacitatea enzimei de a descompune penicilina, un antibiotic din clasa beta-lactaminelor, ridică întrebări despre o posibilă legătură între degradarea plasticului și rezistența bacteriilor la antibiotice. Deși descoperirea sugerează un mecanism comun, cercetătorii subliniază că rezultatele actuale nu demonstrează direct că procesul de degradare a plasticului provoacă rezistența bacteriană. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a stabili dacă această enzimă contribuie efectiv la răspândirea rezistenței la antibiotice și în ce condiții specifice poate avea loc un astfel de fenomen.
Problema acumulării deșeurilor plastice este una globală, deoarece materialele sintetice se fragmentează în particule de microplastic și nanoplastic în oceane, afectând mediul și sănătatea. Deoarece organismelor vii le este dificil să descompună rapid aceste materiale, microorganismele formează ecosisteme numite „plastisferă” pe suprafața lor. Identificarea unor metode biologice de tratare a acestor deșeuri ar putea reprezenta o soluție pe termen lung pentru gestionarea poluanților plastici la scară industrială.