Una nueva enzima puede engullir miles de millones de toneladas de desechos plásticos

Una variante de enzima creada por ingenieros y científicos de la Universidad de Texas en Austin puede descomponer plásticos que estrangulan el medio ambiente y que normalmente tardan siglos en degradarse en cuestión de horas o días.

La enzima tiene el potencial de potenciar el reciclaje a gran escala, lo que permitiría a las principales industrias reducir su impacto ambiental mediante la recuperación y reutilización de plásticos a nivel molecular.

Este descubrimiento, publicado el miércoles en la revista “Nature”, podría ayudar a resolver uno de los problemas ambientales más apremiantes del mundo: qué hacer con los miles de millones de toneladas de desechos plásticos que se acumulan en los vertederos y contaminan las tierras y el agua.

“Las posibilidades son infinitas en todas las industrias para aprovechar este proceso de reciclaje de vanguardia”, dijo Hal Alper, profesor galardonado de ingeniería química en la Universidad de Texas, Austin.

“Más allá de la obvia industria de gestión de residuos, esto también brinda a las corporaciones 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 comenzar a imaginar una verdadera economía circular de plásticos”, dijo Alper.

El proyecto se centra en el tereftalato de polietileno, o PET, un polímero que se encuentra en los envases de consumo, como envases de galletas, botellas de refrescos, envases de frutas y ensaladas, y ciertas fibras y textiles. Constituye el 12 por ciento de todos los residuos globales.

La enzima pudo completar un “proceso circular” de descomposición del plástico en partes más pequeñas, un proceso conocido como despolimerización, y luego volver a unirlo químicamente, repolimerización. En algunos casos, estos plásticos se pueden descomponer por completo en monómeros en tan solo 24 horas.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y la Facultad de Ciencias Naturales Austin Cockrell de UT utilizaron un modelo de aprendizaje automático para generar mutaciones novedosas en una enzima natural llamada PETasa que permite que las bacterias degraden los plásticos PET.

Botellas de plástico PET en una línea de producción listas para ser llenadas de líquido. (Foto cortesía de Packaging Options Direct)

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

El modelo predice qué mutaciones en estas enzimas lograrían el objetivo de despolimerizar rápidamente el plástico residual posconsumo a bajas temperaturas.

La investigación implicó el estudio de 51 envases de plástico posconsumo diferentes, cinco fibras y tejidos de poliéster diferentes y botellas de agua, todos hechos de PET.

A través de este proceso, los investigadores demostraron la eficacia de la enzima, a la que denominan FAST-PETase, abreviatura de PETasa funcional, activa, estable y tolerante.

En su estudio, los científicos explican: “Demostramos que el PET posconsumo sin tratar de 51 productos termoformados diferentes puede degradarse casi por completo con FAST-PETase en 1 semana. FAST-PETase también puede despolimerizar porciones amorfas sin tratar de una botella de agua comercial y una botella de agua pretratada térmicamente entera a 50 ºC”.

“Finalmente”, escriben los científicos, “demostramos un proceso de reciclaje de PET de circuito cerrado mediante el uso de FAST-PETase y la resintetización de PET a partir de los monómeros recuperados. Colectivamente, nuestros resultados demuestran una ruta viable para el reciclaje de plástico enzimático a escala industrial”.

El reciclaje es la forma más obvia de reducir los desechos plásticos. Pero a nivel mundial, se ha reciclado menos del 10 por ciento de todo el plástico.

El método más común para deshacerse del plástico, además de arrojarlo a un vertedero, es quemarlo, lo cual es costoso, consume mucha energía y arroja gases nocivos al aire. Los procesos industriales alternativos también consumen mucha energía.

Las soluciones biológicas consumen mucha menos energía. La investigación sobre enzimas para el reciclaje de plástico ha avanzado durante los últimos 15 años. Sin embargo, hasta ahora, nadie había sido capaz de descubrir cómo hacer enzimas que pudieran operar de manera eficiente a bajas temperaturas para que fueran portátiles y asequibles a gran escala industrial.

FAST-PETase puede realizar el proceso a menos de 50 grados Celsius, 122 grados Fahrenheit.

A continuación, el equipo planea trabajar en la ampliación de la producción de enzimas para preparar su aplicación industrial y ambiental.

Los investigadores han presentado una solicitud de patente para la tecnología y están analizando varios usos diferentes. La limpieza de los vertederos y la ecologización de las industrias que producen muchos desechos son las más obvias. Pero otro uso potencial clave es la remediación ambiental. El equipo está buscando varias formas de llevar las enzimas al campo para limpiar los sitios contaminados.

“Al considerar las aplicaciones de limpieza ambiental, necesita una enzima que pueda funcionar en el medio ambiente a temperatura ambiente. Este requisito es donde nuestra tecnología tiene una gran ventaja en el futuro”, dijo Alper.

Alper, Ellington, profesor asociado de ingeniería química Nathaniel Lynd, y Hongyuan Lu, investigador postdoctoral en el laboratorio de Alper, dirigieron la investigación.

El trabajo fue financiado por la división de investigación e ingeniería de ExxonMobil como parte de un acuerdo de investigación en curso con UT Austin.

Consulte el estudio de investigación completo, “Ingeniería de hidrolasas asistida por aprendizaje automático para la despolimerización de PET”, aquí. https://www.nature.com/articles/s41586-022-04599-z

Para ver un video de lapso de tiempo del proceso de despolimerización, haga clic aquí. https://www.eurekalert.org/multimedia/932058

Con la recolección de plástico en todas partes de la Tierra, desde la montaña hasta la playa y el vertedero, existe una necesidad urgente de reducir la cantidad de plásticos desechados. Químicos de todo el mundo están trabajando para facilitar el reciclaje y convertirlo en materiales útiles de mayor calidad.

“No va a haber una sola tecnología que sea la respuesta”, dice Ed Daniels, gerente senior de proyectos del Instituto REMADE en West Henrietta, Nueva York, que financia la investigación de nuevas técnicas de reciclaje.

Algunos proyectos están a punto de irrumpir en la industria; otros siguen siendo solo experimentos de laboratorio prometedores, dijo Daniels, quien no participó en la investigación de UT Austin. Todos los proyectos están enfocados a diseñar un futuro donde cualquier plástico que acabe en el contenedor de reciclaje pueda tener una segunda y tercera vida en un nuevo producto.

Pero es exactamente ese tipo de afirmación lo que el fiscal general de California, Rob Bonta, ha decidido investigar.

El Fiscal General de California, Rob Bonta (Foto cortesía de la Oficina del Fiscal General)

Hoy, Bonta anunció una investigación sobre las industrias de combustibles fósiles y petroquímica por su papel en causar y exacerbar la crisis mundial de contaminación por plásticos. “Durante décadas”, dice, “estas industrias han promovido agresivamente el desarrollo de productos plásticos a base de aceite y han realizado campañas para minimizar la comprensión del público sobre las consecuencias dañinas de estos productos”.

La investigación del procurador general Bonta examinará los esfuerzos históricos y continuos de las industrias para engañar al público y si estas acciones pueden haber violado la ley, y en qué medida.

Como parte de la investigación, el Fiscal General emitió hoy una citación a ExxonMobil, una de las principales fuentes de contaminación por plásticos a nivel mundial, en busca de información relacionada con el papel de la empresa en el engaño al público.

“En California y en todo el mundo, estamos viendo los resultados catastróficos de la campaña de engaño de la industria de los combustibles fósiles durante décadas. La contaminación plástica se está filtrando en nuestras vías fluviales, envenenando nuestro medio ambiente y arruinando nuestros paisajes”, dijo Bonta. “Suficiente es suficiente.”

“Durante más de medio siglo, la industria del plástico se ha involucrado en una campaña agresiva para engañar al público, perpetuando el mito de que el reciclaje puede resolver la crisis de los plásticos. La verdad es que la gran mayoría del plástico no se puede reciclar y la tasa de reciclaje nunca ha superado el nueve por ciento”, afirmó Bonta.

“Todas las semanas, consumimos el equivalente a una tarjeta de crédito de plástico a través del agua que bebemos, los alimentos que comemos y el aire que respiramos”, dijo. “Esta investigación, primera en su tipo, examinará el papel de la industria de los combustibles fósiles en la creación y exacerbación de la crisis de contaminación por plásticos, y qué leyes, si es que hay alguna, se han violado en el proceso”.