Ingeniería de enzimas para ayudar a resolver el problema plástico del planeta

Para ilustrar la utilidad de su plataforma, han diseñado una enzima que puede degradar con éxito el tereftalato de poli(etileno) (PET), el plástico comúnmente utilizado en las botellas de plástico.

En los últimos años, el reciclaje enzimático de plásticos se ha convertido en 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 mixtos de residuos plásticos que actualmente son difíciles de reciclar utilizando las tecnologías existentes.

Aunque es prometedora 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 efectivas y inestables en las condiciones necesarias para un proceso a escala industrial.

Para abordar estas limitaciones, en un documento publicado hoy en catálisis de la naturaleza, Investigadores de la Universidad de Manchester han informado sobre una nueva plataforma de ingeniería de enzimas que puede mejorar rápidamente las propiedades de las enzimas que degradan el plástico para ayudar a hacerlas 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 sobre la plataforma; 'La acumulación de plástico en el medio ambiente es un desafío global importante. Por esta razón, estábamos interesados ​​en utilizar nuestras capacidades de evolución de enzimas para mejorar las propiedades de las enzimas que degradan el plástico y ayudar a aliviar algunos de estos problemas. Tenemos la esperanza de que en el futuro En el futuro, nuestra plataforma escalable nos permitirá desarrollar rápidamente enzimas nuevas y específicas adecuadas para su uso en procesos de reciclaje de plástico a gran escala'.

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

Si bien IsPETase 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 deseables del proceso. Esta baja estabilidad significa que las reacciones deben realizarse a temperaturas inferiores a 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 informadas anteriormente y puede deconstruir selectivamente el componente PET de un material de embalaje 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 enzimática. Ahora estamos entusiasmados de trabajar con ingenieros de procesos y científicos de polímeros para probar nuestra enzima en aplicaciones del mundo real. Avanzando '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 robustas que degradan el plástico, como HotPETase, junto con la disponibilidad de una plataforma versátil de ingeniería enzimática, hacen importantes contribuciones al desarrollo de una solución biotecnológica al desafío de los residuos plásticos. Para hacer avanzar esta prometedora tecnología será necesario un esfuerzo colaborativo y multidisciplinario que involucre a biotecnólogos, ingenieros de procesos y científicos de polímeros de todas las comunidades académica e industrial. Mientras el mundo se enfrenta a un problema de residuos cada vez mayor, la biotecnología podría proporcionar una solución ambientalmente sostenible.