Ingeniería de enzimas para ayudar a resolver el problema del plástico en el planeta
Investigadores del Instituto de Biotecnología de Manchester (MIB) han desarrollado una nueva plataforma de ingeniería enzimática para mejorar las enzimas que degradan el plástico mediante la evolución dirigida.
Imagen simbólica
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Para ilustrar la utilidad de su plataforma, han diseñado una enzima capaz de degradar con éxito el tereftalato de polietileno (PET), el plástico que se utiliza habitualmente en las botellas de plástico.
En los últimos años, el reciclaje enzimático de plásticos ha surgido como una estrategia atractiva y respetuosa con el medio ambiente para ayudar a paliar los problemas asociados a los residuos plásticos. Aunque existen varios métodos para reciclar plásticos, las enzimas podrían ofrecer una alternativa más rentable y energéticamente eficiente. Además, podrían utilizarse para descomponer selectivamente componentes específicos de flujos de residuos plásticos mixtos que actualmente son difíciles de reciclar con las tecnologías actuales.
Aunque se trata de una tecnología prometedora, hay que superar considerables obstáculos para que el reciclaje enzimático de plásticos se utilice ampliamente a escala comercial. Uno de ellos es que las enzimas naturales capaces de descomponer los plásticos suelen ser menos eficaces e inestables en las condiciones necesarias para un proceso a escala industrial.
Para hacer frente a estas limitaciones, en un artículo publicado en Nature Catalysis, investigadores de la Universidad de Manchester han presentado una nueva plataforma de ingeniería enzimática que puede mejorar rápidamente las propiedades de las enzimas que degradan los plásticos para ayudar a hacerlas más adecuadas para el reciclaje de plásticos a gran escala. Su plataforma integrada y automatizada puede evaluar con éxito la capacidad de degradación del plástico de unas 1000 variantes de enzimas al día.
La Dra. Elizabeth Bell, que dirigió los trabajos experimentales en el MIB, dice de la plataforma: "La acumulación de plástico en el medio ambiente es un gran reto mundial. Por esta razón, hemos querido utilizar nuestras capacidades de evolución de enzimas para mejorar las propiedades de las enzimas que degradan el plástico para ayudar a aliviar algunos de estos problemas. Tenemos la esperanza de que en el futuro nuestra plataforma escalable nos permita desarrollar rápidamente enzimas nuevas y específicas adecuadas para su uso en procesos de reciclaje de plástico a gran escala."
Para probar su plataforma, pasaron a desarrollar una nueva enzima, la HotPETase, mediante la evolución dirigida de la IsPETase. La IsPETasa es una enzima recientemente descubierta y producida por la bacteria Ideonella sakaiensis, que puede utilizar el PET como fuente de carbono y energía.
Aunque la IsPETasa tiene la capacidad natural de degradar algunas formas semicristalinas de PET, la enzima es inestable a temperaturas superiores a 40°C, muy por debajo de las condiciones de proceso deseables. Esta baja estabilidad significa que las reacciones deben llevarse a cabo a temperaturas inferiores a la temperatura de transición vítrea del PET (~65°C), lo que conduce a bajas tasas de despolimerización.
Para solventar esta limitación, el equipo ha desarrollado una enzima termoestable, la HotPETase, que es activa a 70 °C, por encima de la temperatura de transición vítrea del PET. Esta enzima puede despolimerizar el PET semicristalino con mayor rapidez que las enzimas descritas anteriormente y puede deconstruir de forma selectiva el componente de PET de un material de envasado laminado, lo que pone de manifiesto la selectividad que puede lograrse mediante el reciclaje enzimático.
El profesor Anthony Green, catedrático de Química Orgánica, dijo: "El desarrollo de HotPETase ilustra muy bien las capacidades de nuestra plataforma de ingeniería enzimática. Ahora estamos deseando trabajar con ingenieros de procesos y científicos especializados en polímeros para probar nuestra enzima en aplicaciones del mundo real. En el futuro, esperamos que nuestra plataforma resulte útil para desarrollar enzimas más eficientes, estables y selectivas para reciclar una amplia gama de materiales plásticos".
El desarrollo de enzimas degradadoras de plástico robustas como HotPETase, junto con la disponibilidad de una plataforma de ingeniería enzimática versátil, supone una importante contribución al desarrollo de una solución biotecnológica para el reto de los residuos plásticos. Para hacer avanzar esta prometedora tecnología será necesario un esfuerzo multidisciplinar y de colaboración en el que participen biotecnólogos, ingenieros de procesos y científicos especializados en polímeros de toda la comunidad académica e industrial. En un momento en que el mundo se enfrenta a un problema de residuos cada vez mayor, la biotecnología podría aportar una solución ambientalmente sostenible.
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