Enzimas creadas con bioingeniería podrían resolver el problema del plástico

Los investigadores han diseñado una enzima que puede degradar con éxito el tereftalato de polietileno (PET), el plástico comúnmente utilizado en las botellas de plástico. 

En los últimos años, el reciclaje enzimático de plásticos se ha perfilado 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 existentes para reciclar plásticos, las enzimas podrían ofrecer una alternativa más rentable y energéticamente eficiente. Además, podrían usarse para descomponer selectivamente componentes específicos de flujos de desechos plásticos mixtos que actualmente son difíciles de reciclar con las tecnologías existentes.  

Aunque es prometedor como tecnología, existen obstáculos considerables que deben superarse para que el reciclaje enzimático de plástico se utilice ampliamente a escala comercial. Un desafío, por ejemplo, es que las enzimas naturales con la capacidad de descomponer los plásticos suelen ser menos eficaces y son inestables en las condiciones necesarias para un proceso a escala industrial.  

Para abordar estas limitaciones, en un artículo publicado en Nature Catalysis, investigadores de la Universidad de Manchester informaron sobre una nueva plataforma de ingeniería de enzimas que puede mejorar rápidamente las propiedades de las enzimas que degradan el plástico para ayudar a que sean más adecuadas para el reciclaje de plástico a gran escala. Su plataforma integrada y automatizada puede evaluar con éxito la capacidad de degradación del plástico de alrededor de 1000 variantes de enzimas por día.  
La Dra. Elizabeth Bell, quien dirigió el trabajo experimental en el MIB, dice de la plataforma; “ La acumulación de plástico en el medio ambiente es un gran desafío global. Por esta razón, teníamos mucho interés en utilizar nuestras capacidades de evolución de enzimas para mejorar las propiedades de las enzimas que degradan plásticos 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 que sean adecuadas para su uso en procesos de reciclaje de plástico a gran escala”.

La acumulación de plástico en el medio ambiente es un gran desafío global. Por esta razón, teníamos mucho interés en utilizar nuestras capacidades de evolución de enzimas para mejorar las propiedades de las enzimas que degradan plásticos 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 que sean adecuadas para su uso en procesos de reciclaje de plástico a gran escala. Dra. Elizabeth Bell

Para probar su plataforma, desarrollaron una nueva enzima, HotPETase, a través de la evolución dirigida de IsPETase. La lsPETasa es una enzima recientemente descubierta producida por la bacteria Ideonella sakaiensis, que puede utilizar el PET como fuente de carbono y energía. 

Si bien Is PETase 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 realizarse a temperaturas por debajo de la temperatura de transición vítrea del PET (~65 °C), lo que conduce a bajas tasas de despolimerización. 

Para abordar esta limitación, el equipo desarrolló una enzima termoestable, HotPETase, que es activa a 70 °C, que está por encima de la temperatura de transición vítrea del PET. Esta enzima puede despolimerizar el PET semicristalino más rápidamente que las enzimas reportadas previamente y puede deconstruir selectivamente el componente PET de un material de empaque laminado, destacando la selectividad que se puede lograr mediante el reciclaje enzimático.  

El profesor Anthony Green, profesor de química orgánica, dijo:  “El desarrollo de HotPETase ilustra muy bien las capacidades de nuestra plataforma de ingeniería de enzimas. Ahora estamos emocionados de trabajar con ingenieros de procesos y científicos de polímeros para probar nuestra enzima en aplicaciones del mundo real. En el futuro, tenemos la esperanza de 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 resistentes para la degradación de plásticos, como HotPETase, junto con la disponibilidad de una plataforma de ingeniería de enzimas versátil, contribuyen de manera importante al desarrollo de una solución biotecnológica para el desafío de los desechos plásticos. Para hacer avanzar esta tecnología prometedora ahora se requerirá un esfuerzo colaborativo y multidisciplinario que involucre a biotecnólogos, ingenieros de procesos y científicos de polímeros de todas las comunidades académicas e industriales. Dado que el mundo enfrenta un problema de desechos cada vez mayor, la biotecnología podría proporcionar una solución ambientalmente sostenible. 

La biotecnología es uno de los faros de investigación de la Universidad: ejemplos de colaboración interdisciplinaria y asociaciones intersectoriales que conducen a descubrimientos pioneros y mejoran la vida de las personas en todo el mundo.