Investigadores han desarrollado una enzima capaz de descomponer plásticos perjudiciales para el medio ambiente en cuestión de horas, en lugar de siglos.
El tereftalato de polietileno (PET) representa el 12 % de todos los residuos del mundo, y esta enzima que consume plástico pudo descomponer sus polímeros mediante un proceso circular en solo 24 horas.
Este proceso enzimático puede funcionar eficazmente a bajas temperaturas, de 50 grados Celsius, lo que lo hace portátil y asequible a gran escala industrial.
Investigadores han creado una variante enzimática capaz de descomponer plásticos perjudiciales para el medio ambiente, que normalmente tardan siglos en degradarse, en cuestión de horas o días.
Este descubrimiento podría ayudar a resolver uno de los problemas medioambientales más apremiantes del mundo: qué hacer con los miles de millones de toneladas de residuos plásticos que se acumulan en los vertederos y contaminan nuestras tierras y aguas naturales.
Enzima que consume plástico: una gran ayuda para el reciclaje de residuos plásticos
La enzima podría impulsar el reciclaje a gran escala y permitir que las principales industrias reduzcan su impacto ambiental al recuperar y reutilizar plásticos a nivel molecular.
«Las posibilidades de aplicar este proceso de reciclaje de vanguardia en todos los sectores son infinitas», afirma Hal Alper, profesor del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Texas en Austin.
«Más allá de la evidente industria de gestión de residuos, esto también brinda a las empresas de todos los sectores la oportunidad de liderar el reciclaje de sus productos. Mediante estos enfoques enzimáticos más sostenibles, podemos empezar a imaginar una verdadera economía circular de los plásticos».
El proyecto se centra en el tereftalato de polietileno (PET), un polímero importante presente en la mayoría de los envases de consumo, incluidos los recipientes para galletas, las botellas de refrescos, los envases de frutas y ensaladas, y ciertas fibras y textiles. Representa el 12 % de todos los residuos del mundo.
La enzima que consume plástico pudo completar un «proceso circular» que descompone el plástico en partes más pequeñas (despolimerización) y luego lo vuelve a ensamblar químicamente (repolimerización). En algunos casos, estos plásticos pueden descomponerse por completo en monómeros en tan solo 24 horas.
Los investigadores 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 permitirían despolimerizar rápidamente residuos plásticos posconsumo a bajas temperaturas.
Mediante este proceso, que incluyó el estudio de 51 recipientes de plástico posconsumo distintos, cinco fibras de poliéster diferentes, así como tejidos y botellas de agua, todos fabricados con PET, los investigadores demostraron la eficacia de la enzima, a la que llaman FAST-PETasa (PETasa funcional, activa, estable y tolerante).
El reciclaje es la forma más evidente de reducir los residuos plásticos. Sin embargo, a escala mundial, se ha reciclado menos del 10 % de todo el plástico. El método más común para eliminar el plástico, aparte de tirarlo a un vertedero, es quemarlo, lo que resulta costoso, consume mucha energía y libera gases nocivos a la atmósfera. Otros procesos industriales alternativos incluyen métodos de glucólisis, pirólisis o metanólisis, todos ellos con un consumo energético muy elevado.
Las soluciones biológicas consumen mucha menos energía. La investigación sobre enzimas para el reciclaje de plásticos ha avanzado en los últimos 15 años. Sin embargo, hasta ahora nadie había logrado crear enzimas que funcionaran eficazmente a bajas temperaturas para que fueran portátiles y asequibles a gran escala industrial. FAST-PETasa puede realizar el proceso a menos de 50 grados Celsius (122 grados Fahrenheit).
A continuación, el equipo tiene previsto trabajar en el aumento de la producción de enzimas para preparar su aplicación industrial y ambiental. Los investigadores han presentado una solicitud de patente para esta tecnología y están considerando varios usos distintos. Limpiar vertederos y hacer más ecológicas las industrias que generan grandes cantidades de residuos son las opciones más evidentes. Pero otra posible aplicación clave es la restauración ambiental. El equipo estudia distintas maneras de llevar las enzimas que consumen plástico al terreno para limpiar sitios contaminados.
«Al considerar aplicaciones de limpieza ambiental, se necesita una enzima que pueda funcionar en el entorno a temperatura ambiente. Este requisito es donde nuestra tecnología tiene una gran ventaja de cara al futuro», afirma Alper.
Alper, Andrew Ellington, profesor del Centro de Biología de Sistemas y Sintética; Nathaniel Lynd, profesor asociado de ingeniería química; y Hongyuan Lu, investigador posdoctoral en el laboratorio de Alper, dirigieron el desarrollo del modelo de aprendizaje automático. Raghav Shroff, antiguo miembro del laboratorio de Ellington y ahora científico investigador en el Instituto de Investigación Houston Methodist, creó el modelo de aprendizaje automático 3DCNN utilizado para diseñar la enzima que consume plástico. Danny Diaz, miembro actual del laboratorio de Ellington, adaptó el modelo y creó una plataforma web, MutCompute, para facilitar su uso en el ámbito académico.
