Una enzima devoradora de plástico podría eliminar miles de millones de toneladas de residuos en los vertederos
"Este trabajo demuestra realmente el poder de reunir diferentes disciplinas, desde la biología sintética hasta la ingeniería química y la inteligencia artificial"
Una variante de la enzima creada por ingenieros y científicos de la Universidad de Texas en Austin puede descomponer en cuestión de horas o días plásticos que normalmente tardan siglos en degradarse.
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Este descubrimiento, publicado en 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 nuestras tierras y aguas naturales. La enzima tiene el potencial de potenciar 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", dijo Hal Alper, profesor del Departamento de Ingeniería Química McKetta de la Universidad de Texas en Austin. "Más allá de la evidente 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."
El proyecto se centra en el tereftalato de polietileno (PET), un importante polímero que se encuentra en la mayoría de los envases de consumo, incluidos los envases de galletas, las botellas de refrescos, los envases de frutas y ensaladas, y ciertas fibras y textiles. Constituye el 12% de todos los residuos del mundo.
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 Cockrell y de la Facultad de Ciencias Naturales 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", dijo Andrew Ellington, profesor del Centro de Biología Sintética y de Sistemas cuyo equipo dirigió el desarrollo del modelo de aprendizaje automático.
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 grados Celsius.
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", dijo Alper.
Alper, Ellington, el profesor asociado de ingeniería química Nathaniel Lynd y Hongyuan Lu, investigador postdoctoral en el laboratorio de Alper, dirigieron la investigación. Danny Díaz, miembro del laboratorio de Ellington, creó el modelo de aprendizaje automático. Otros miembros del equipo son de ingeniería química Natalie Czarnecki, Congzhi Zhu y Wantae Kim; y de biociencias moleculares: Daniel Acosta, Brad Alexander, Yan Jessie Zhang y Raghav Shroff. El trabajo fue financiado por la división de investigación e ingeniería de ExxonMobil como parte de un acuerdo de investigación en curso con la UT Austin.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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