Contaminación por microplásticos: impacto en la salud y alternativas de recuperación ecológica

Cristian Camilo Ortíz Vasco y Elda Guadalupe Espín Ocampo

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El plástico como propulsor de la sociedad

El uso del petróleo y sus derivados nos han permitido como sociedad alcanzar varias proezas tecnológicas: desde las comodidades de utensilios, de electrodomésticos y de transporte cotidiano y accesible, hasta los diversos componentes de las misiones espaciales —tripuladas y no-tripuladas— que han impulsado la exploración espacial. Sin embargo, la generación y aplicación del conocimiento humano ha ido dejando una huella en los ecosistemas naturales; desde la revolución agrícola, que nos permitió domesticar los cereales, los cuales se convirtieron en el sustento de toda nuestra cadena alimenticia y, todavía en tránsito de procesos (post)industriales, hasta la revolución informática que nos permitió interaccionar personal y virtualmente, aun cuando el coronavirus nos obligó a confinarnos en nuestros hogares. A partir del surgimiento de los diferentes materiales plásticos (a mediados del siglo pasado) se presentó ante nosotros una forma de producción barata, duradera y moldeable que transformó a la industria moderna y a todas nuestras actividades diarias.

Llamamos plásticos a diferentes tipos de materiales compuestos de macromoléculas de naturaleza polimérica, formadas por unidades más pequeñas (monómeros), enlazadas de forma repetitiva, que se derivan de compuestos petroquímicos como el etileno, vinilo, estireno, benceno, propileno, entre otros. En sus formas poliméricas son moldeables, termoestables y resistentes a la mayoría de las condiciones ambientales, lo que ha permitido su amplia distribución en la industria de consumo moderna [1].

No obstante, y a pesar de sus beneficios, varias de las características de los plásticos industriales generan problemáticas con respecto al manejo de los residuos y la disposición final cuando han cumplido su vida útil. Todos estamos más o menos enterados de diversos efectos negativos generados por nuestros residuos de plástico en ambientes marinos, terrestres e incluso en la salud humana, donde finalmente terminan muchos de estos productos (más de 450 millones de toneladas de plástico producido en 2019) que arrojamos, casi siempre despreocupada o inconscientemente, a ‘la basura’.

¿A quién le preocupa qué pasa con los plásticos usados?

Como resultado de la 26ª. Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP-26 llevada a cabo en Glasgow en el mes de Noviembre de 2021), el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), publicó su más reciente informe sobre la problemática actual de la contaminación causada por el excesivo uso y producción de plásticos, titulada: “De la contaminación a la solución: una evaluación global de la basura marina y la contaminación por plásticos” [1], que sin duda es objeto de discusión y análisis en distintos foros académicos, ambientales y políticos a fin de consolidar políticas y estrategias para el manejo de los residuos de plástico en el mundo. El Informe del PNUMA señala que los residuos plásticos se han convertido en aproximadamente el 85% de la basura presente en los mares; si no se toman medidas globales adecuadas, se sobrepasarán los 37 millones de toneladas (T_M), de residuos plásticos estimados para el año 2040. Se prevé gran impacto de estos residuos en el deterioro de la salud de todo el ecosistema marino, desde bancos de peces, de mamíferos, así como de algas y fauna que vive en arrecifes y atolones, incluyendo a los microorganismos que forman el plancton (bacterias, microalgas, pequeños invertebrados). Este último grupo es crucial, porque sabemos que allí se genera una proporción muy significativa del recambio de gases —absorción de dióxido de carbono (CO₂) y liberación de oxígeno (O₂) por fotosíntesis— que es la base de los recursos y actividades económicas que dependen de océanos sanos y productivos. En este artículo ahondamos sobre la contaminación por microplásticos y la formación de comunidades de microorganismos que colonizan y se desarrollan en concentraciones de desechos plásticos denominadas “plastisferas”.

El elefante (de plástico) en la sala: microplásticos y nanoplásticos

Existen dos denominaciones para los residuos de estos materiales basados en sus tamaños: los microplásticos (MPs) tienen de tamaño entre 0.05 a 0.5 cm, y los nanoplásticos (NPs) con un tamaño menor a 0.03 cm (30 µm). Ambos están distribuidos en cuerpos de agua como océanos y ríos subterráneos; también en la superficie donde se depositan principalmente por acción del viento, lluvias o degradación de plásticos de mayor tamaño. Recientemente se ha demostrado que partículas de plástico de muy baja densidad y tamaño pueden mantenerse suspendidas en la atmosfera (aire) y distribuirse a grandes distancias, acumulándose tanto en espacios abiertos exteriores como en sitios cerrados sin ventilación; dichas partículas pueden ser inhaladas y absorbidas por diferentes organismos y se ha demostrado que se acumulan principalmente en los pulmones, aunque aún no se han asociado a enfermedades en humanos [2, 7].

Los MPs provienen de diversas fuentes: son el resultado de la fragmentación de residuos domésticos, urbanos, industriales e insumos en agricultura. Algunos estudios reportan efectos que tienen los MPs dentro de algunos hábitats donde se incorporan a cadenas alimenticias y facilitan la transferencia (biodisponibilidad) y la concentración (bioacumulación) en algunas poblaciones biológicas. Por ejemplo, un estudio evaluó como las nanopartículas se acumulan dentro de la cadena alimenticia con el fin de simular lo que sucede en los ambientes marinos; en este estudio utilizaron un alga, a la cual contaminaron con nanopartículas de poliestireno; posteriormente esas algas las utilizaron para alimentar a una especie de plancton y finalmente ese plancton lo usaron para alimentar a unos peces. Ellos encontraron que los peces acumulaban las partículas de plástico y que esto tenía consecuencias en su desarrollo y en su comportamiento alimenticio, lo que conllevaba a un deterioro en la salud de los individuos [9]

Una problemática asociada con los MPs es la incapacidad de la mayoría de los seres vivos para degradar estas partículas lo que favorece su acumulación dentro de los organismos; recientemente se ha incrementado el interés en la salud humana debido a los efectos que se han observado en otros organismos, aunque aún no hay estudios rigurosos que asocien estas partículas en el desarrollo de patologías humanas. Se ha evidenciado en diferentes especies (sobre todo marinas) que estas partículas pueden ocasionar daños físicos como obstrucciones, laceraciones, perforaciones u otros daños abrasivos en las células. También se ha descrito el impacto en la salud que significaría la continua liberación de sustancias químicas tóxicas que componen estas partículas de plástico y que se asocian a potencial cancerígeno, alteraciones hormonales en los diferentes animales estudiados, disminución de la tasa de alimentación y reproducción; esta exposición representa un riesgo de enfermedades y de disminución en la productividad de cultivos y ganado destinados al consumo de alimentos y podrían extrapolarse a riesgos para la salud humana [3].

Otra problemática descrita es que los MPs funcionan como vehículo o vector para el acarreo de otros compuestos tóxicos, como trazas de metales pesados y los denominados POPs (contaminantes orgánicos persistentes, por sus siglas en inglés) que provienen de derivados petroquímicos y otras industrias extractivas. Por su naturaleza orgánica (cadenas hidrocarbonadas) e hidrofóbica (insolubles en agua) los MPs pueden asociarse fuertemente con estos agentes químicos y generar impactos en la salud humana y ambiental, aunque son necesarios estudios de mayor profundidad en el tema [5].

La “plastisfera” como nuevo nicho ecológico

La distribución de MPs en diferentes ecosistemas ha convertido a éstas diminutas estructuras en superficies ideales para el desarrollo de muchos tipos de microorganismos (bacterias, virus, hongos y protozoarios parásitos), los cuales coexisten en comunidades bióticas que se han nombrado como “plastisferas”, haciendo una analogía con el concepto de biósfera. Muestras de sitios contaminados con residuos de plástico han permitido aislar y caracterizar especies dentro de estas comunidades, y ha permitido evidenciar el potencial de los MPs como vehículos para el transporte de algunos patógenos. En un inventario microbiológico reciente se reporta la presencia de bacterias patógenas de animales y/o humanos de los géneros Vibrio, Pseudomonas, Acinetobacter, Aeromonas y Haemophilus spp. entre otras [4, 10].

Estas comunidades bacterianas desarrollan además una matriz extracelular de biopolímeros (biopelículas) que les permite adherirse a la superficie; lo cual facilita la comunicación bioquímica y el intercambio de información genética —incluyendo mecanismos de resistencia a antibióticos y otras capacidades metabólicas— de una manera más eficiente que las células que se desarrollan de manera libre [6].

Estrategias y modelos de estudio para la degradación de plásticos

La transformación y eliminación de residuos de plástico por parte de microorganismos (biodegradación), ocurre porque algunos de ellos son capaces de aprovechar los plásticos como ‘alimento’ para transformarlos en materia orgánica. Esto requiere ciertas reacciones químicas para romper las macromoléculas poliméricas, que son catalizadas por enzimas específicas que reconocen y ‘desbaratan’ las estructuras de los plásticos y les permiten utilizarlos como fuente de energía. Como en otros procesos microbianos, bacterias u hongos obtienen energía y liberan compuestos orgánicos simples como dióxido de carbono, metano y agua. Existen factores físicos importantes en cada ambiente como son la exposición a luz ultravioleta del sol, la salinidad del agua, la presión (en aguas profundas), las mareas, entre otras y desde luego, la presencia de otros microorganismos descomponedores que facilitan la recirculación de los materiales plásticos [8].

El continuo avance científico y la disponibilidad de nuevas tecnológicas, hace posible hoy en día identificar los genes contenidos en una muestra ambiental (agua de mar, un puñado de tierra, o muestras de basureros y vertederos), a través de la secuenciación masiva del ADN (metagenómica) y ARN (transcriptómica). Después, empleando análisis bioinformáticos contra una multitud de datos acumulados disponibles hace posible identificar a los organismos presentes (sin aislarlos) y nos permiten identificar enzimas capaces de descomponer y transformar los residuos de plástico u otros materiales ‘recalcitrantes’, en biomasa orgánica (ver BiotecMov 14:24 y 23:12).

Un caso interesante es el de la bacteria Ideonella sakaiensis, que, usando dos enzimas tipo ‘hidrolasas’ pueden degradar el PET (tereftalato de polietileno, presente en p.ej., botellas de plástico, telas, vestimenta y empaques), y convertirlo en monómeros para utilizarlo como su propio alimento y posiblemente, para reciclarlo industrialmente (ver BiotecMov 28:16). Otro ejemplo es Pseudomonas chlororaphis, aislada en una comunidad bacteriana (considerada como consorcio porque las células son metabólicamente más interdependientes), donde utiliza dos enzimas extracelulares para degradar residuos de poliuretano con enzimas llamadas (¡claro!) poliuretanasas. Sabemos que este material es utilizado en la fabricación de espumas, zapatos, neumáticos, productos aislantes, entre otros; así que degradarlo reduciría mucho los desechos de esos utensilios. Hay otras especies bacterianas como Pseudomonas citronellosis, Bacillus flexus y algunas en hongos como Fusarium solani y miembros de los géneros Penicillium y Aspergillus spp., que tienen enzimas con gran potencial para degradar y utilizar diferentes tipos de plástico como fuente de nutrientes [4, 8, 6]. Es necesario continuar la investigación para optimizar el crecimiento de estos organismos o la actividad de sus enzimas, para disponer de estrategias efectivas de biorremediación; es decir, rescatar o restituir ciertos ambientes contaminados a un estado más equilibrado y/o productivo.

Tendencias y expectativas en el manejo futuro de los plásticos

En resumen, resulta claro que la contaminación con plásticos y de otros compuestos tóxicos en todas sus formas es una problemática mundial que ha ido deteriorando los ciclos biogeoquímicos (de C, N, P y otros), los servicios ambientales (agua, fertilidad de suelo, aire limpio, etc.) y la viabilidad de muchos organismos involucrados —sobre todo los que habitan los suelos— en la disponibilidad y regulación de la vida en nuestro planeta. Por tanto, los modelos de desarrollo y las políticas respectivas para el manejo de los residuos plásticos deben comprender estrategias multi- e interdisciplinarias para evitar y/o reducir impactos negativos en la salud y el medio ambiente.

Desde el PNUMA de la ONU se exponen y actualizan las problemáticas asociadas a este tipo de contaminación, y se abordan algunas perspectivas y recomendaciones a los gobiernos para que establezcan normativas compatibles con el medio ambiente, de forma que permitan reducir el impacto de estos materiales en los ecosistemas [1].

Desde las universidades se han establecido proyectos de investigación —con perspectivas académica, económica y social— para generar conocimiento básico y aplicado destinados a reducir y controlar el plástico circulante; cabe por ejemplo destacar los avances en la producción de polímeros biodegradables, elaborados a partir del poli·hidroxi·butirato (PHB) y otros derivados de polilactato, para un remplazo gradual de los plásticos derivados de petróleo. Así, en nuestro grupo hemos investigado la producción de plásticos biodegradables que producen bacterias. [11]

Sin embargo, el manejo integral de la contaminación por plástico implica abarcar todos los aspectos como: su producción, el uso racional y la disposición final de los residuos y requieren estrategias desde diversos sectores sociales. Las alternativas compatibles con los ODS de la ONU incluyen: disminuir el consumo de plásticos y sus derivados; favorecer e incentivar el reciclaje; la reutilización y la reparación de las cosas que utilizamos día a día; emplear materiales compatibles para el medio ambiente en la industria, así como establecer políticas que favorezcan y recompensen programas de manejo de residuos y disminución de la huella ecológica. También, organizar jornadas de recolección y limpieza comunitaria, entre otras. Aún tenemos mucho que hacer, informados y organizados.

Referencias

1. United Nations Environment Programme (2021). From Pollution to Solution: A global assessment of marine litter and plastic pollution. Nairobi. Disponible en: https://www.unep.org/resources/ pollution-solution-global-assessment-marine-litter-and-plastic-pollution. Consultado 20 de febrero de 2022. El resumen en español se puede consultar en: https://wedocs.unep.org/bitstream/ handle/20.500.11822/36965/POLSOLSum_SP.pdf

2. Blackburn K & D Green (2022). The potential effects of microplastics on human health: What is known and what is unknown. Ambio 51: 518-530. DOI: 10.1007/s13280-021-01589-9

3. Campanale C, C Massarelli, I Savino et al. (2020). A detailed review study on potential effects of microplastics and additives of concern on human health. Int J Environ Res Public Health 17(4): 1212. DOI: 10.3390/ijerph17041212

4. Kumar R, P Pandit, D Kumar et al. (2021). Landfill microbiome harbour plastic degrading genes: A metagenomic study of solid waste dumping site of Gujarat, India. Sci Total Environ 779 (336): 146184. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.146184

5. Mammo FK, ID Amoah, KM Gani et al. (2020). Microplastics in the environment: Interactions with microbes and chemical contaminants. Sci Total Environ 743: 140518. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140518

6. Oberbeckmann S, & M Labrenz (2020). Marine microbial assemblages on microplastics: Diversity, adaptation, and role in degradation. Ann Rev Marine Sci 12: 209–232. DOI: 10.1146/annurev-marine-010419-010633

7. Prata JC (2018). Airborne microplastics: Consequences to human health? Environ Pollut 234: 115–126. DOI: 10.1016/j.envpol.2017.11.043

8. Wright RJ, R Bosch, MGI Langille et al. (2021). A multi-OMIC characterisation of biodegradation and microbial community succession within the PET plastisphere. Microbiome 9(1): 1–22. DOI: 10.1186/s40168-021-01054-5

9. Mattsson K, M Ekvall,L Hansson et al. (2015). Altered behavior, physiology, and metabolism in fish exposed to Polystyrene nanoparticles. Environ Sci Technol 49: 553−561. DOI: 10.1021/es5053655.

10. Zettler E, T Mincer, L Amaral-Zettler, L. (2013). Life in the "Plastisphere": Microbial communities on plastic marine debris. Environ Sci Technol 47: 7137−7146. DOI: 10.1021/es401288x.

11. Velázquez-Sánchez C, G Espin, C Peña & D Segura. (2020). The modification of regulatory circuits in the control of polyhydroxyalkanoate metabolism for improved production of PHAs. Front Bioeng Biotechnol 8: 386. DOI: 10.3389/fbioe.2020.00386

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