Degradação e assimilação do polietileno pela levedura marinha Rhodotorula mucilaginosa

ISME Communications volume 3, Artigo número: 68 (2023) Citar este artigo

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A poluição plástica nos oceanos é um grave problema ambiental, mas a maior parte do plástico que foi lançado no oceano desde a década de 1950 não foi contabilizada. Embora a degradação fúngica dos plásticos marinhos tenha sido sugerida como um potencial mecanismo de drenagem, são escassas as provas inequívocas da degradação dos plásticos por fungos marinhos ou outros micróbios. Aqui aplicamos ensaios de rastreamento de isótopos estáveis ​​com polietileno marcado com 13C para medir as taxas de biodegradação e rastrear a incorporação de carbono derivado de plástico em células individuais da levedura Rhodotorula mucilaginosa, que isolamos do ambiente marinho. O acúmulo de 13C no pool de CO2 durante experimentos de incubação de 5 dias com R. mucilaginosa e polietileno marcado com 13C irradiado com UV como única fonte de energia e carbono traduziu-se em taxas de degradação de 3,8% ano-1 do substrato inicialmente adicionado. Além disso, as medições do nanoSIMS revelaram incorporação substancial de carbono derivado de polietileno na biomassa fúngica. Nossos resultados demonstram o potencial de R. mucilaginosa para mineralizar e assimilar carbono de plásticos e sugerem que a degradação plástica por fungos pode ser um importante sumidouro para lixo de polietileno no ambiente marinho.

A poluição plástica nos oceanos é um problema ambiental de magnitude exponencialmente crescente [1,2,3,4,5,6]. No entanto, existe incerteza sobre a importância dos caminhos individuais através dos quais o plástico é transportado da terra para o oceano [7,8,9,10,11], quanto plástico permanece nas áreas costeiras [12], na superfície do oceano aberto [13, 14], a coluna média da água [15,16,17], ou afunda no fundo do oceano [18, 19]. As estimativas atuais da quantidade total de plástico na superfície do oceano representam apenas menos de 1% da quantidade estimada de todos os plásticos que já foram lançados no mar [20, 21]. Assim, um mecanismo de sumidouro desconhecido aparentemente remove detritos plásticos detectáveis ​​da superfície do oceano [2, 21]. Este pode ser um processo abiótico, como fragmentação em partículas micro e nanoescala [21] ou fotodegradação, que desestabiliza a estrutura do polímero [22] e causa lixiviação de carbono orgânico dissolvido [3, 23,24,25]. Além disso, o mecanismo de remoção também pode ser a mineralização biótica, mediada por micróbios como bactérias, arquéias ou fungos. A degradação do plástico por bactérias tem sido bem documentada em ambientes terrestres e marinhos. Por exemplo, a bactéria terrestre Ideonella sakaiensis hidrolisa o tereftalato de polietileno [26,27,28], enquanto se descobriu que a cepa C208 de Rhodococcus ruber degrada o polietileno (PE) e o poliestireno (PS) [29,30,31]. Além disso, foi demonstrado que as espécies marinhas Bacillus sphericus e Bacillus cereus degradam o polietileno [32]. Em contraste com as bactérias, o nosso conhecimento do papel potencial da degradação plástica mediada por fungos está na sua infância, especialmente no ambiente marinho. Devido às suas capacidades genéticas e metabólicas, os fungos são mais conhecidos como os principais degradadores de polímeros naturais como madeira, plantas, celulose e lignina. Além disso, os fungos são degradadores eficientes de vários hidrocarbonetos complexos, incluindo hidrocarbonetos aromáticos policíclicos [33], óleo e alcanos [34, 35] - ou seja, compostos que, até certo ponto, se assemelham quimicamente ao plástico. Os fungos abrigam mecanismos enzimáticos poderosos que compreendem, por exemplo, peroxidases de manganês, peroxidases de lignina e lacases [36,37,38], que também têm sido associadas à degradação plástica [39, 40]. No que diz respeito à degradação do plástico, várias espécies de Aspergillus e Penicillium, isoladas de solos e microbiomas intestinais, demonstraram degradar o polietileno [41,42,43,44,45,46]. Embora os fungos sejam colonizadores de plástico comuns no oceano [47,48,49,50,51], apenas duas espécies, Zalerion maritimum [52] e Alternaria alternata [53], foram identificadas como degradadoras de polietileno no mundo marinho.