Identification of metabolic markers in plastic biodegradation by native Fusarium species

La acumulación de residuos plásticos, especialmente polietileno de baja densidad (LDPE), constituye una creciente preocupación ambiental debido a su persistencia y resistencia a la degradación. Los microorganismos, particularmente los hongos, han mostrado la capacidad de biodegradación de polímeros sintéticos, ofreciendo una alternativa prometedora para la gestión de los residuos plásticos. Sin embargo, los mecanismos subyacentes a la biodegradación del LPDE por hongos aún no se comprenden completamente. Este estudio investigó el potencial para biodegradar LDPE por dos cepas de hongos nativos del género Fusarium (FOCIC01 y FECIC02) con un enfoque metabolómico no dirigido a través de cromatografía de gases y cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas (GC-MS y LC-MS). La tasa de degradación de LDPE se evaluó mediante la pérdida de peso del material, FTIR, SEM de alta resolución, análisis de rugosidad y análisis metabolómico durante un periodo de incubación de 30 días. Los resultados mostraron que la cepa FOCIC01 degradó el material polimérico en un 4,73%, mientras que FECIC02 solo alcanzó un 0,30%, lo que indica una menor capacidad de biodegradación en comparación. El análisis por FTIR reveló cambios químicos en las bandas correspondientes al C-H y C=C, correspondiente a la despolimerización del LDPE, siendo los resultados con FOCIC01 los de mayor relevancia. Adicional, a través de un análisis de rugosidad fue posible observar cambios significativos en la superficie del LDPE tratado con FOCIC01. El análisis del metaboloma del hongo mostró variaciones significativas en rutas metabólicas clave, incluyendo el metabolismo central del carbono, la respuesta al estrés oxidativo y la biosíntesis de metabolitos secundarios. Se observaron cambios significativos en los metabolismos del almidón y sacarosa, glutatión, glioxilato y dicarboxilato, arginina y prolina, así como en la biosíntesis de arginina, alanina, aspartato y glutamato, fenilalanina, y la síntesis de fenilalanina, tirosina y triptófano. La dinámica metabólica de FOCIC01 durante el tratamiento con LDPE permitió identificar la estrategia del microorganismo para asimilar los productos de la degradación. Los resultados brindan una mejor comprensión de los mecanismos bioquímicos que permitieron a FOCIC01 degradar y metabolizar LDPE, destacándolo como un microorganismo de gran interés biotecnológico para mitigar el impacto negativo de la acumulación de residuos plásticos a nivel mundial.