I ricercatori giapponesi hanno dimostrato che il LAHB si degrada anche in acque profonde: in 13 mesi la bioplastica perde oltre l’80% della massa

Un team di ricercatori giapponesi ha presentato una nuova plastica ecologica che si degrada anche nelle difficili condizioni dell’oceano profondo. Si tratta di un poliestere a base di lattato sintetizzato microbicamente da batteri Escherichia coli ingegnerizzati noto con il nome di LAHB.

Con un esperimento a 855 metri di profondità, i ricercatori hanno dimostrato che la bioplastica, che si è già rivelata biodegradabile nell’acqua dei fiumi e in acque marine poco profonde, può degradarsi anche in condizioni reali di elevata profondità. A differenza delle pellicole di PLA, che sono rimaste intatte nonostante siano anch’esse a base biologica, le pellicole di LAHB hanno perso oltre l’80% della massa in appena 13 mesi. Il LAHB, quindi, si candida ad essere una bioplastica ancora più sicura di quelle sperimentate fino a oggi, una scoperta che ci avvicina a strategie di mitigazione sempre più efficaci e capaci di salvaguardare anche i delicati ecosistemi dei fondali marini.

Plastica biodegradabile: il grande problema dei fondali marini

L’inquinamento da plastica è, a livello globale, una delle emergenze ambientali più complesse e urgenti da affrontare. Secondo il Global Plastics Outlook (2022) dell’OCSE, nel 2019 sono stati prodotti circa 353 milioni di tonnellate di rifiuti in plastica. Di questi, quasi 1,7 milioni di tonnellate sono finiti direttamente negli ecosistemi acquatici. Gran parte di questi rifiuti è destinata a incontrare un gyre, un grande sistema di correnti superficiali oceaniche che si muovono in modo circolare, e restarci intrappolata – finendo con l’ingrossare una delle grandi isole di plastica che si trovano nell’Oceano Pacifico, Atlantico e Indiano.

Ma il problema non riguarda soltanto la superficie dell’oceano, anzi. Uno studio giapponese del 2021 ha rivelato che i fondali marini nel Pacifico nord-occidentale ospitano qualcosa come 4.500 oggetti in plastica per ogni chilometro quadrato, suggerendo che le profondità oceaniche potrebbero essere un importante bacino di accumulo per la plastica proveniente dalla terraferma. In condizioni di acque profonde, oltretutto, la decomposizione della plastica è particolarmente difficile, poiché le basse temperature, la scarsità dei nutrienti e la pressione rendono molto difficile l’azione dei microbi.

In questo contesto, le plastiche biodegradabili sono state individuate come una potenziale strategia per mitigare l’inquinamento da plastica, anche in mare. Ci sono però ancora due limiti piuttosto invalidanti: il primo è che attualmente le bioplastiche rappresentano appena lo 0,3% della produzione globale di plastica; il secondo è che le prestazioni ambientali di questi polimeri, in materia di biodegradabilità, presentano ancora delle criticità importanti.

Il polilattide (PLA), per esempio, è sintetizzato da zuccheri rinnovabili ed è considerato un’alternativa molto promettente alle plastiche tradizionali. Eppure, la biodegradabilità del PLA è limitata alle condizioni del compostaggio industriale, che richiedono alte temperature. In condizioni naturali, insomma, il PLA non si degrada. Né in acque poco profonde, né sui fondali marini.

LAHB, la bioplastica che si degrada anche in acque profonde

Mentre erano alla ricerca di plastiche che fossero realmente biodegradabili, anche in condizioni di profondità, i ricercatori della Shinshu University, della Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC) e della Gunma University hanno individuato un candidato molto promettente. Si chiama poli(D-lattato-co-3-idrossibutirrato) o LAHB ed è un poliestere a base di lattato biosintetizzato utilizzando dei batteri di Escherichia coli ingegnerizzati.

In uno studio che sarà pubblicato sulla rivista Polymer Degradation and Stability, il team di ricerca ha dimostrato per la prima volta che il LAHB è biodegradabile anche nelle difficili condizioni dell’oceano profondo.

“Il nostro studio dimostra per la prima volta che il LAHB, un poliestere microbico a base di lattato, subisce una biodegradazione attiva e una completa mineralizzazione anche sui fondali marini profondi, dove il PLA convenzionale rimane completamente non degradabile”,

ha spiegato il professor Seiichi Taguchi della Shinshu University, tra gli autori principali dello studio.

Plastica biodegradabile: l’esperimento a 855 metri di profondità

I ricercatori hanno immerso due tipi di pellicola di LAHB, una contenente circa il 6% di acido lattico (P6LAHB) e una con il 13% di acido lattico (P13LAHB), insieme a una pellicola di PLA convenzionale. I campioni sono stati immersi a una profondità di 855 metri vicino all’isola di Hatsushima, dove le condizioni di profondità, le basse temperature (3,6 °C), l’elevata salinità e i bassi livelli di ossigeno disciolto rendono molto difficile la degradazione della plastica a opera dei microbi.

Dopo diversi mesi di immersione, le pellicole di LAHB hanno mostrato chiari segni di biodegradazione: il film P13LAHB ha perso il 30,9% del suo peso dopo 7 mesi e oltre l’82% dopo 13 mesi. Il P6LAHB ha mostrato tendenze simili, perdendo il 42,4% del suo peso in 7 mesi e arrivando al 69% dopo 13 mesi di immersione. Al contrario, spiegano i ricercatori, il film di PLA non ha mostrato alcuna perdita di peso misurabile né alcun segno di degradazione visibile.

Quel che è più interessante è che mentre il PLA è rimasto completamente privo di vita microbica, le superfici in LAHB presentavano crepe ed erano ricoperte da biofilm composti da microbi ovali e bastoncellari, a indicare che i microrganismi delle profondità marine stavano colonizzando e decomponendo la plastica.

Plastisfera: come la comunità microbica degrada la bioplastica

Per comprendere come si decompone la plastica in acque profonde, i ricercatori hanno analizzato la plastisfera, la comunità microbica che si forma sulla superficie della plastica. Hanno così scoperto che diversi gruppi microbici svolgevano ruoli distinti nella degradazione del LAHB.

I generi dominanti di Gammaproteobacteria, tra cui Colwellia, Pseudoteredinibacter, Agarilytica e UBA7957 producono enzimi speciali che scompongono lunghe catene polimeriche in frammenti più piccoli. Altre specie, come UBA7959, ne producono anche altri in grado di scomporre ulteriormente questi frammenti nei loro monomeri.

A quel punto subentrano altri microbi, tra cui diversi alfa-proteobatteri e desulfobatteri, che continuano il processo di degradazione consumando monomeri di 3HB e lattato. Lavorando insieme, spiegano gli scienziati, queste comunità microbiche convertono infine la plastica in anidride carbonica, acqua e altri composti innocui che idealmente ritornano all’ecosistema marino. Come spiega Taguchi,

“Questa ricerca affronta uno dei limiti più critici delle attuali bioplastiche: la loro scarsa biodegradabilità in ambienti marini. Dimostrando che le bioplastiche LAHB possono decomporsi e mineralizzarsi anche in acque profonde, lo studio apre la strada ad alternative più sicure alle plastiche convenzionali e supporta la transizione verso una bioeconomia circolare”.

Di certo, la dimostrazione della biodegradabilità del LAHB in ambienti marini remoti ci avvicina alla creazione di materiali plastici sempre più sicuri. Materiali che un giorno, forse, ci permetteranno di veder convivere lo sviluppo dei popoli e l’informata devozione per un pianeta ancora rigoglioso.

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