En las profundidades del océano, invisibles al ojo humano, viven millones de microorganismos que libran su propia batalla contra la contaminación ambiental. En ese reino microscópico, los científicos acaban de descubrir una pista clave sobre cómo algunos de estos diminutos habitantes están evolucionando para convertir el plástico en alimento.
Un equipo internacional liderado por la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) identificó un motivo enzimático único, conocido como M5, que permite a ciertas bacterias marinas degradar el tereftalato de polietileno (PET), el plástico más usado en botellas, envases y fibras textiles.
El hallazgo, publicado en la revista Oxford Academic ofrece una mirada completamente nueva sobre cómo la vida marina está respondiendo al impacto humano. En lugar de permanecer indefensas ante los desechos, algunas bacterias parecen haber desarrollado herramientas moleculares que aprovechan al plástico como una nueva fuente de energía.
“El motivo M5 actúa como una huella dactilar que nos indica cuándo una PETasa tiene probabilidades de ser funcional y capaz de degradar el plástico PET”, explicó Carlos Duarte, ecólogo marino y codirector del estudio. “Su descubrimiento nos ayuda a comprender cómo evolucionaron estas enzimas a partir de otras enzimas degradadoras de hidrocarburos”.
El estudio, publicado por investigadores de KAUST en colaboración con especialistas en bioinformática y biología marina, combinó análisis genético, modelado estructural impulsado por inteligencia artificial y experimentos de laboratorio.
La conclusión fue tan clara como asombrosa: los océanos albergan una red global de microbios equipados con variantes funcionales de esta enzima, y el motivo M5 es la clave que permite reconocerlas.
Una firma molecular que revela a los “recicladores” del océano
La historia del plástico y los microorganismos se cruzó por primera vez en 2016, cuando científicos japoneses descubrieron una bacteria capaz de alimentarse de residuos plásticos en una planta de reciclaje. Desde entonces, los investigadores se preguntaban si en los ecosistemas marinos, mucho más fríos, oscuros y hostiles, podrían existir enzimas equivalentes.
El nuevo trabajo ofrece una respuesta contundente. Tras analizar más de 400 muestras oceánicas de los siete mares, los investigadores encontraron versiones funcionales del motivo M5 en casi el 80 % de las aguas analizadas. Las bacterias portadoras de esta firma genética aparecieron tanto en la superficie —donde se acumulan los plásticos flotantes— como en profundidades abisales de hasta dos mil metros, donde escasean los nutrientes naturales.
En esas regiones extremas, la capacidad de metabolizar carbono sintético podría marcar la diferencia entre la vida y la muerte microbiana. Intikhab Alam, investigador sénior en bioinformática y codirector del trabajo, destacó que las bacterias que portan el motivo M5 parecen haber convertido el plástico en una alternativa viable de energía. “En el océano, donde el carbono escasea, los microbios parecen haber perfeccionado estas enzimas para aprovechar esta nueva fuente de carbono artificial: el plástico”, añadió Duarte.
La clave está en la estructura. Las enzimas PETasa que contienen el motivo M5 presentan una configuración tridimensional distintiva que les permite reconocer y cortar las cadenas del polímero PET, transformándolo en fragmentos más simples que otros microorganismos pueden asimilar. Las variantes sin este motivo, llamadas pseudo-PETasas, carecen de la capacidad catalítica necesaria o actúan sobre otros compuestos.
Para demostrarlo, el equipo empleó un sistema de clasificación basado en motivos. Mediante algoritmos de predicción estructural con inteligencia artificial, desarrollaron un modelo capaz de distinguir entre enzimas funcionales y no funcionales. Luego, realizaron pruebas de laboratorio para verificar sus predicciones. Solo las bacterias que contenían el motivo M5 lograron degradar el plástico en condiciones controladas, alcanzando entre el 25 % y el 50 % de la eficacia de la PETasa original descubierta en 2016.
El análisis metagenómico de las muestras mostró además que la mayoría de las PETasas marinas son codificadas por miembros del orden Pseudomonadales, un grupo de bacterias conocido por su versatilidad metabólica. Estas versiones oceánicas parecen haber evolucionado de enzimas degradadoras de hidrocarburos, lo que sugiere una transición natural desde el consumo de compuestos orgánicos hacia los sintéticos generados por la actividad humana.
La clave está en la estructura. Las enzimas PETasa que contienen el motivo M5 presentan una configuración tridimensional distintiva que les permite reconocer y cortar las cadenas del polímero PET, transformándolo en fragmentos más simples que otros microorganismos pueden asimilar. Las variantes sin este motivo, llamadas pseudo-PETasas, carecen de la capacidad catalítica necesaria o actúan sobre otros compuestos.
Para demostrarlo, el equipo empleó un sistema de clasificación basado en motivos. Mediante algoritmos de predicción estructural con inteligencia artificial, desarrollaron un modelo capaz de distinguir entre enzimas funcionales y no funcionales. Luego, realizaron pruebas de laboratorio para verificar sus predicciones. Solo las bacterias que contenían el motivo M5 lograron degradar el plástico en condiciones controladas, alcanzando entre el 25 % y el 50 % de la eficacia de la PETasa original descubierta en 2016.
El análisis metagenómico de las muestras mostró además que la mayoría de las PETasas marinas son codificadas por miembros del orden Pseudomonadales, un grupo de bacterias conocido por su versatilidad metabólica. Estas versiones oceánicas parecen haber evolucionado de enzimas degradadoras de hidrocarburos, lo que sugiere una transición natural desde el consumo de compuestos orgánicos hacia los sintéticos generados por la actividad humana.
Un mapa global de la evolución microbiana frente al plástico
El hallazgo del motivo M5 representa algo más que una curiosidad biológica: es una prueba tangible de la adaptación evolutiva acelerada provocada por la contaminación humana. A medida que los océanos se llenan de plásticos, los microorganismos están respondiendo con cambios genéticos que les permiten aprovechar esa nueva fuente de carbono.
“Ecológicamente, el aumento de estas enzimas señala una respuesta microbiana temprana a la contaminación planetaria causada por la humanidad”, advirtió Duarte. Sin embargo, también alertó sobre las limitaciones de este proceso natural. “Para cuando los plásticos llegan a las profundidades marinas, los riesgos para la vida marina y los consumidores humanos ya se produjeron”, resumió.
Los investigadores subrayan que la velocidad de degradación natural sigue siendo demasiado baja para compensar el ritmo de acumulación del plástico en los océanos. Según estimaciones recientes, cada año se vierten entre 8 y 12 millones de toneladas de residuos plásticos al mar, y menos del 10 % se recicla de manera efectiva en tierra firme. La acción de los microbios, aunque prometedora, no puede revertir por sí sola esa tendencia.
Donde sí podría marcar una diferencia inmediata es en el desarrollo de biotecnologías para el reciclaje industrial.
Las enzimas que evolucionaron espontáneamente en las profundidades marinas ofrecen un modelo real de cómo optimizar los procesos de degradación del PET en condiciones no controladas.
“La variedad de enzimas que degradan el PET y que evolucionaron espontáneamente en las profundidades marinas proporciona modelos que pueden optimizarse en el laboratorio para su uso en la degradación eficiente de plásticos en plantas de tratamiento y, eventualmente, en el hogar”, señaló Duarte.
El motivo M5 funciona, en este sentido, como una guía estructural para diseñar versiones más potentes y estables de la enzima. Al comprender qué partes de la molécula son esenciales para el reconocimiento del sustrato y la catálisis, los ingenieros de proteínas pueden replicar o mejorar esa arquitectura para crear herramientas biológicas más eficaces.
En paralelo, los datos del estudio aportan una visión inédita del metabolismo global de los océanos. Los investigadores encontraron que las PETasas con motivo M5 están activas tanto en regiones de alta contaminación, como los giros del Pacífico Norte y Sur, como en zonas profundas del Atlántico. Esta distribución sugiere que la presión selectiva de la contaminación plástica ya afecta incluso a los ecosistemas más remotos.
Del laboratorio al futuro del reciclaje
El descubrimiento no implica que el océano esté “limpiándose solo”, sino que ofrece un modelo natural de ingeniería biológica que podría inspirar nuevas soluciones humanas. La idea de aprovechar enzimas marinas para procesar plásticos ya motivó experimentos en varios laboratorios del mundo, pero el motivo M5 brinda ahora una referencia molecular precisa sobre qué características deben conservarse o modificarse para obtener resultados reales.
En el estudio, los investigadores comprobaron que solo las enzimas con este motivo alcanzaron niveles medibles de degradación de PET. Las variantes sin M5, aunque similares en apariencia, no mostraron actividad detectable. Esto demuestra que el motivo no es solo un marcador evolutivo, sino un requisito estructural para la función catalítica.
La confirmación experimental llegó mediante pruebas in vitro y microcosmos marinos artificiales, donde se observó cómo las bacterias portadoras del motivo M5 fragmentaban las láminas de PET en compuestos más simples. Este proceso, aunque lento comparado con las técnicas industriales, validó la hipótesis de que el M5 confiere a las enzimas una ventaja funcional real.
La presencia de estas bacterias en casi el 80 % de las muestras oceánicas indica que la capacidad de degradar plástico no es un fenómeno aislado, sino una respuesta evolutiva global. Cada partícula de plástico vertida al mar no solo altera los ecosistemas, sino que también ejerce presión sobre las comunidades microbianas, que evolucionan para sobrevivir en este entorno alterado.
Para los autores, el mensaje es doble. Por un lado, demuestra que la naturaleza posee una notable capacidad de adaptación; por otro, pone de relieve los límites de esa resiliencia. La evolución de enzimas que degradan plástico no significa que el problema esté resuelto, sino que la biosfera intenta equilibrar una carga artificial impuesta por la actividad humana.
La esperanza está en trasladar ese conocimiento al terreno tecnológico. El motivo M5 podría convertirse en una herramienta clave para el diseño de enzimas sintéticas más eficientes, capaces de descomponer el plástico a escala industrial. A diferencia de las versiones creadas por azar evolutivo, estas variantes podrían producirse de forma controlada y aplicarse en plantas de reciclaje, evitando que los residuos lleguen al mar.
El descubrimiento también plantea preguntas profundas sobre la interacción entre biología y contaminación. Si los microbios están adaptándose al plástico, el límite entre lo natural y lo artificial comienza a desdibujarse. La vida, una vez más, demuestra su capacidad para transformar incluso los desechos más persistentes en nuevas oportunidades metabólicas.
Mientras el mundo busca soluciones urgentes al problema del plástico, el océano parece haber empezado su propio experimento evolutivo.
En ese laboratorio invisible, las bacterias con el motivo M5 trabajan silenciosamente, transformando los restos de la civilización moderna en fragmentos químicos que algún día podrían alimentar el ciclo de la vida. Tal vez ahí, en lo más profundo del mar, esté emergiendo la clave biológica que inspire una nueva era de reciclaje sostenible.
