MICROBIAL ENZYME MINING FOR PLASTIC DEGRADATION USING INTEGRATED OMIC APPROACHES

This study contributes to advanced recycling by elucidating microbial pathways involved in plastic degradation through combined metagenomic and metatranscriptomic analyses. Microbial inocula were grown on polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE) and polyurethane (PU) in different physical forms, enabling assessment of how substrate properties influence community structure and function.dipart The results indicate that plastic type strongly shapes microbial composition and activity, distinguishing specialised species from more versatile taxa. Rhodococcus aetherivorans dominates PU cultures but is also active on PET; Steroidobacteraceae appears consistently in all plastics; Zeimonas and Alicycliphilus are common degraders of PET and PE; Hyphomicrobium and Paracoccus solventivorans are specifically associated with PET, whereas Rhodanobacter is enriched in PU. These patterns highlight a balance between metabolic specialisation and flexibility. Multi-omic integration identified primary degraders and active pathways: genes encoding esterases, cutinases, lipases and oxidases show polymer-dependent expression, indicating active metabolism of the corresponding substrates. Genome-centric transcriptomic profiles of key taxa pointed out the main degrading species, including R. aetherivorans and Mesorhizobium in PU, Steroidobacteraceae, Zeimonas, Alicycliphilus, Hyphomicrobium and P. solventivorans in PET. Supporting these findings, biochemical analyses provided additional evidence: pH monitoring and GC-FID of PET degradation products confirmed the formation and subsequent consumption of intermediates such as monoethyl terephthalate. Finding from the current study delineates the microbial dynamics involved in the degradation of different plastic types, identifies key taxa and metabolic pathways, providing a robust foundation for the development of novel biotechnological strategies aimed at mitigating plastic pollution.

Questo studio contribuisce al riciclo avanzato chiarendo i percorsi microbici coinvolti nella degradazione della plastica attraverso analisi combinate metagenomiche e metatrascrittomiche. Inoculi microbici sono stati coltivati su polietilene tereftalato (PET), polietilene (PE) e poliuretano (PU) in diverse forme fisiche, permettendo di valutare come le proprietà del substrato influenzino la struttura e la funzione della comunità. I risultati indicano che il tipo di plastica modella fortemente la composizione e l’attività microbica, distinguendo specie specializzate da taxa più versatili. Rhodococcus aetherivorans domina le colture di PU, ma è anche attivo sul PET; Steroidobacteraceae appare costantemente in tutte le plastiche; Zeimonas e Alicycliphilus sono degradatori comuni di PET e PE; Hyphomicrobium e Paracoccus solventivorans sono specificamente associati al PET, mentre Rhodanobacter è arricchito nel PU. Questi schemi evidenziano un equilibrio tra specializzazione metabolica e flessibilità. L’integrazione multi-omica ha identificato i principali degradatori e i percorsi metabolici attivi: i geni che codificano per esterasi, cutinasi, lipasi e ossidasi mostrano espressione dipendente dal polimero, indicando un metabolismo attivo dei corrispondenti substrati. I profili trascrittomici genome-centrici dei taxa chiave hanno evidenziato le principali specie degradatrici, tra cui R. aetherivorans e Mesorhizobium nel PU, e Steroidobacteraceae, Zeimonas, Alicycliphilus, Hyphomicrobium e P. solventivorans nel PET. A supporto di questi risultati, le analisi biochimiche hanno fornito ulteriori evidenze: il monitoraggio del pH e l’analisi GC-FID dei prodotti di degradazione del PET hanno confermato la formazione e il successivo consumo di intermedi come il monoetil tereftalato. I risultati del presente studio delineano le dinamiche microbiche coinvolte nella degradazione dei diversi tipi di plastica, identificano taxa chiave e percorsi metabolici, fornendo una solida base per lo sviluppo di nuove strategie biotecnologiche volte a mitigare l’inquinamento da plastica.