Biosensores bacterianos para complementar al monitoreo de plásticos en el mar

Casi 26 millones de toneladas de plástico se generan en Europa cada año. El plástico llega a los lagos, mares y océanos a través de la basura y la eliminación de desechos y a través de los sistemas de alcantarillado y tratamiento de agua, y ahora representa el 80% de todos los desechos marinos. El plástico se degrada en el medio ambiente, debido a los rayos ultravioleta del sol y al estrés mecánico de las olas y la arena, para producir partículas de diferentes tamaños, que luego se encuentran en cuerpos de agua marinos, dulces y sin salida al mar en todo el mundo.

Si bien los desechos plásticos están sujetos a esquemas de monitoreo generalizados y políticas de protección ambiental, incluida la estrategia de plásticos de la UE y varias políticas que abordan específicamente los microplásticos, los envases, los plásticos compostables y de un solo uso y más, estos a menudo dependen de un personal extenso y calificado, equipo altamente especializado, o métodos espectroscópicos con límites de tamaño en las partículas que pueden detectar. Sin embargo, los desechos plásticos pueden desintegrarse en nanopartículas difíciles de detectar, lo que plantea preocupaciones sobre si podrían permanecer en el medio ambiente sin ser detectados. Si bien es complejo, monitorear con precisión las partículas de plástico en ambientes acuáticos es importante para proteger la salud humana y ambiental, incluidos los ecosistemas marinos.

Este nuevo estudio probó un método diferente para detectar y rastrear plásticos a medida que se desintegran en el agua: biosensores bacterianos de células enteras recombinantes, o biosensores para abreviar. Estos pueden diseñarse para detectar la cantidad y la 'biodisponibilidad' (cantidad que llega a la circulación impactante) de sustancias específicas. Según los investigadores, este tipo de biosensor aún no se ha aplicado para monitorear los monómeros (los componentes básicos de los polímeros plásticos, creados a medida que los polímeros se degradan) en ambientes acuáticos.

Los investigadores construyeron un biosensor bioluminiscente utilizando la bacteria Escerichia coli (E. coli) y basado en la enzima luciferasa de la luciérnaga, un sensor que se "encendería" y se iluminaría cuando detectara ácido acrílico (un plástico que se crea cuando el ácido poliacrílico se descompone y que se usa ampliamente en productos de consumo). Analizaron a) muestras de agua estéril, b) muestras de agua de un lago de agua dulce en el oeste de Finlandia que habían sido enriquecidas con ácido acrílico en concentraciones variables, y c) muestras de agua salada a las que se les había agregado ácido poliacrílico o metacrilato de polimetilo (este último para confirmar que el biosensor estaba detectando ácido poliacrílico y no este químico similar). Después de agregar las células del biosensor a cada muestra durante 60 minutos, los investigadores midieron la luminiscencia, lo que indicaría la detección de ácido acrílico.

Los biosensores bacterianos podrían usarse para complementar y mejorar los métodos de monitoreo actuales para monómeros plásticos en ambientes acuáticos

Las células biosensoras pudieron detectar moléculas de ácido acrílico en los tres tipos de muestras, lo que indica que el enfoque sería adecuado para detectar plásticos en muestras ambientales de agua dulce y salada. La señal bioluminiscente fue específica solo para monómeros de ácido acrílico.

Se encontró que el ácido acrílico es tóxico para la bacteria biosensora ( E. coli ) en la concentración más alta probada; sin embargo, dado que el ácido está presente en el medio ambiente en concentraciones mucho más bajas, esto no impediría el uso de células biosensoras para el control, dicen los investigadores. En el futuro, se podrían construir células biosensoras más robustas utilizando otras especies conocidas por ser más resistentes a los polímeros acrílicos.

La técnica podría usarse potencialmente para examinar rápidamente un gran número de muestras, dicen los investigadores. También podría diseñarse para apuntar a otros monómeros, o modificarse aún más para mejorar la sensibilidad o la resiliencia al considerar otras especies bacterianas como huésped. Por lo tanto, los biosensores bacterianos podrían usarse para complementar y mejorar los métodos de monitoreo actuales para monómeros plásticos en ambientes acuáticos, concluyen.