Crean una enzima capaz de descomponer residuos plásticos en horas

Investigadores de la Universidad de Texas han utilizado un modelo de aprendizaje automático para generar nuevas mutaciones de una enzima natural llamada PETasa que permite a las bacterias degradar los plásticos PET.

Una variante enzimática creada por ingenieros y científicos de la Universidad de Texas en Austin (EE.UU.) puede descomponer en cuestión de horas o días plásticos que normalmente tardan siglos en degradarse.

Este descubrimiento, publicado en la revista Nature, podría ayudar a resolver uno de los problemas medioambientales más acuciantes del mundo: qué hacer con los miles de millones de toneladas de residuos plásticos que se acumulan en los vertederos y contaminan la tierra y el aguas. La enzima tiene el potencial de impulsar el reciclaje a gran escala, lo que permitiría a las grandes industrias reducir su impacto ambiental mediante la recuperación y reutilización de plásticos a nivel molecular.

«Las posibilidades de aprovechar este proceso de reciclaje de vanguardia son infinitas», afirma Hal Alper, profesor del Departamento de Ingeniería Química McKetta de la Universidad de Texas. «Más allá de la obvia industria de la gestión de residuos, esto también ofrece a las empresas de todos los sectores la oportunidad de tomar la delantera en el reciclaje de sus productos. A través de estos enfoques enzimáticos más sostenibles, podemos empezar a vislumbrar una verdadera economía circular de los plásticos».

Plástico PET

El proyecto se centra en el tereftalato de polietileno (PET), un popular polímero que se encuentra en la mayoría de los envases de consumo, incluidas las botellas de refrescos, los envases de frutas y ensaladas, y ciertas fibras y textiles. Se estima que este plástico constituye el 12% de todos los residuos del mundo.

En los trabajos realizados por los investigadores, la enzima pudo completar un «proceso circular» de descomposición del plástico en partes más pequeñas (despolimerización) y luego volver a unirlo químicamente (repolimerización). En algunos casos, estos plásticos pueden descomponerse completamente en monómeros en tan sólo 24 horas.

Los investigadores de la Escuela de Ingeniería y de la Facultad de Ciencias Naturales de la Universidad de Texas utilizaron un modelo de aprendizaje automático para generar nuevas mutaciones de una enzima natural llamada PETasa que permite a las bacterias degradar los plásticos PET. El modelo predice qué mutaciones de estas enzimas lograrían el objetivo de despolimerizar rápidamente el plástico de desecho postconsumo a bajas temperaturas.

A través de este proceso, que incluyó el estudio de 51 envases de plástico postconsumo diferentes, cinco fibras y tejidos de poliéster distintos y botellas de agua, todas ellas de PET, los investigadores demostraron la eficacia de la enzima, a la que llaman FAST-PETasa (PETasa funcional, activa, estable y tolerante).

«Este trabajo demuestra realmente el poder de reunir diferentes disciplinas, desde la biología sintética hasta la ingeniería química y la inteligencia artificial», afirma Andrew Ellington, profesor del Centro de Biología Sintética y de Sistemas cuyo equipo dirigió el desarrollo del modelo de aprendizaje automático.

Reciclaje enzimático a bajas temperaturas

El reciclaje es la forma más obvia de reducir los residuos de plástico. Pero en todo el mundo se recicla menos del 10% de todo el plástico. El método más común para eliminar el plástico, además de arrojarlo a un vertedero, es quemarlo, lo cual es costoso, requiere mucha energía y arroja gases nocivos al aire. Otros procesos industriales alternativos incluyen procesos de glicólisis, pirólisis y/o metanólisis, que consumen mucha energía.

Las soluciones biológicas requieren mucha menos energía. La investigación sobre enzimas para el reciclaje de plásticos ha avanzado durante los últimos 15 años. Sin embargo, hasta ahora, nadie había podido averiguar cómo fabricar enzimas que pudieran funcionar eficazmente a bajas temperaturas para que fueran portátiles y asequibles a gran escala industrial. La FAST-PETasa puede realizar el proceso a menos de 50 ºC.

A continuación, el equipo tiene previsto trabajar en la ampliación de la producción de enzimas para preparar su aplicación industrial y medioambiental. Los investigadores han presentado una solicitud de patente para la tecnología y están estudiando varios usos diferentes. Los más obvios son la limpieza de los vertederos y la ecologización de las industrias que producen muchos residuos. Pero otro uso potencial clave es la recuperación del medio ambiente. El equipo está estudiando varias formas de llevar las enzimas al terreno para limpiar lugares contaminados.

«Cuando se piensa en aplicaciones de limpieza ambiental, se necesita una enzima que pueda funcionar en el medio ambiente a temperatura ambiente. En este requisito es donde nuestra tecnología tiene una enorme ventaja en el futuro», dice Alper.