Πλαστικά στη φύση: Η επικίνδυνη μετάλλαξη βακτηρίων δημιουργεί αντοχή στην πενικιλίνη

Μια νέα επιστημονική ανακάλυψη συνδέει με απρόσμενο τρόπο τη ρύπανση με την ιατρική και φέρνει στο προσκήνιο μια ιδιαίτερα ανησυχητική εξέλιξη.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κονστάνζ στη Γερμανία εντόπισαν σε δασικό έδαφος ένα άγνωστο μέχρι σήμερα βακτηριακό ένζυμο, ικανό να διασπά ορισμένους πολυεστέρες και βιοπλαστικά. Η ομάδα το βάφτισε «ένζυμο Pac-Man», εξαιτίας της εξαιρετικά ανοιχτής και επιθετικής ενεργού περιοχής του.

Η ανακάλυψη απέκτησε ακόμη μεγαλύτερη σημασία όταν διαπιστώθηκε ότι το ίδιο ένζυμο διασπά και την πενικιλίνη. Το εύρημα δείχνει πως η προσαρμογή των μικροοργανισμών στα συνθετικά απόβλητα που παράγει ο άνθρωπος τούς βοηθά παράλληλα να αναπτύσσουν ακραία ανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά.

Το συγκεκριμένο ένζυμο δεν δημιουργήθηκε από τους επιστήμονες στο εργαστήριο: εντοπίστηκε ήδη ενεργό στη φύση. Για δεκαετίες, τα βακτήρια δεν είχαν τους μεταβολικούς μηχανισμούς που απαιτούνται για να «χωνέψουν» το συμβατικό πλαστικό, ένα υλικό εξ ολοκλήρου ανθρώπινης προέλευσης και ξένο προς τα βιολογικά συστήματα. Η συγκέντρωση, όμως, εκατομμυρίων τόνων πλαστικών απορριμμάτων τα τελευταία 50 έως 75 χρόνια διαμόρφωσε ένα νέο οικοσύστημα, γνωστό ως «πλαστισφαίρα» (plastisphere). Στον τεχνητό αυτό βιότοπο, τα βακτήρια του δάσους ήρθαν αντιμέτωπα με πλαστικά και, για να επιβιώσουν αξιοποιώντας τα ως πηγή ενέργειας, εξελίχθηκαν με εντυπωσιακή ταχύτητα. Έτσι, τροποποίησαν ήδη υπάρχοντα ένζυμα ώστε να μπορούν να προσβάλλουν το νέο υλικό.

Για να ελέγξει αυτή την προσαρμογή, η ερευνητική ομάδα συνεργάστηκε με τον χημικό Στέφαν Μέκινγκ και έθαψε στο χώμα του βοτανικού κήπου του πανεπιστημίου μικρά τεμάχια φιλμ από το προηγμένο βιοπλαστικό LCAP, δηλαδή πολυεστέρες μακράς αλυσίδας, σε βάθος δέκα εκατοστών. Έναν χρόνο αργότερα, η ηλεκτρονική μικροσκοπία έδειξε ότι το υλικό είχε αποσυντεθεί πλήρως σε διάστημα 250 έως 330 ημερών. Στην επιφάνειά του υπήρχαν μικροσκοπικές οπές, με σχήμα που ταίριαζε ακριβώς σε μεμονωμένα βακτηριακά κύτταρα, ενώ το συμβατικό πλαστικό υψηλής πυκνότητας (HDPE) δεν είχε υποστεί καμία αλλοίωση. Στη συνέχεια, οι ερευνητές απομόνωσαν το γονίδιο για το ένζυμο Pac-Man. Αυτό παράγει μια ειδική εστεράση, η οποία παραμένει σταθερά προσκολλημένη στην επιφάνεια του βακτηρίου και του επιτρέπει να έρχεται σε άμεση επαφή με το πλαστικό καθώς το διασπά.

Για να διαρρήξουν τη σταθερή χημική δομή του πλαστικού, τα βακτήρια χρειάστηκε να αναπτύξουν ένα ιδιαίτερα ισχυρό βιοχημικό όπλο. Η εξέταση του νέου ενζύμου αποκάλυψε στους επιστήμονες ότι η τρισδιάστατη μορφή του μοιάζει εντυπωσιακά με τις β-λακταμάσες. Πρόκειται για τα γνωστά βακτηριακά ένζυμα με τα οποία μικρόβια στα νοσοκομεία εξουδετερώνουν αντιβιοτικά, διασπώντας τον χημικό δακτύλιό τους. Η διπλή αυτή λειτουργία δείχνει πως η ρύπανση που έχουμε προκαλέσει ωθεί τη φύση να αντιδρά με τρόπους που τελικά στρέφονται εναντίον μας: χωρίς να το επιδιώκουμε, βοηθάμε τα μικρόβια να εξελιχθούν σε «σούπερ-βακτήρια».

Το εύρημα αναδεικνύει την ανάγκη η ανθρωπότητα να σχεδιάσει από την αρχή υλικά που αποσυντίθενται με φυσικό τρόπο. Έτσι, δεν θα εξαναγκάζονται τα βακτήρια της φύσης να μεταλλάσσονται σε επικίνδυνα σούπερ-μικρόβια προκειμένου να αφομοιώσουν τα υλικά.