Investigadores espaoles han diseado mediante inteligencia artificial y el uso de superordenadores una protena artificial capaz de degradar micro y nanoplsticos de PET, como los usados en las botellas que contaminan hasta los ocanos ms remotos en una crisis ecolgica sin precedentes en la historia de la humanidad.
El compuesto, una enzima hidroltica, se basa en una protena de defensa de la anmona de fresa, segn explican los coordinadores del estudio, Ana Robles-Martn, del Barcelona Supercomputing Center, perteneciente a la Universidad de Barcelona; Laura Fernndez Lpez, del Instituto de Catlisis y Petroleoqumica del Consejo Superior de Investigaciones Cientficas (CSIC); y Rafael Amigot-Snchez, del Departamento de Bioqumica y Biologa Molecular de las Facultades de Medicina, Biologa y Ciencias Qumicas de la Universidad Complutense de Madrid.
El resultado obtenido es muy relevante, ya que demuestra la posibilidad de utilizar modificaciones genticas para convertir poros de membranas en enzimas capaces de abordar una reaccin de inters industrial. La eficacia del compuesto es entre 5 y 10 veces superior a la de las protenas usadas en la actualidad y funciona a temperatura ambiente, segn el trabajo que se publica en Nature Catalysis.
La contaminacin por plsticos y microplsticos ha impactado a escala mundial y ha llegado a afectar a lugares remotos, donde la presencia humana es mnima, segn sealaba un artculo de Nature que confirmaba que en algunos casos, las concentraciones de plstico que se encuentran en algunas masas de agua dulce son ms altas que las de algunos giros ocenicos que acumulan grandes cantidades de residuos, conocidas como islas de plstico.
Segn previsiones del Foro Econmico Mundial, para 2050 la produccin y el uso de plsticos crecern a una tasa del 4% anual, lo que los convertir en el material de desecho ms comn en el mundo, con ms 380 millones de toneladas.
Sus emisiones acumuladas de gases de efecto invernadero desde la produccin hasta la eliminacin pueden equivaler al 10-13% del presupuesto total de carbono. Se prev que el 10,2% corresponda a plsticos de tereftalato de polietileno (PET). Aproximadamente el 80% de los residuos estn compuestos de macroplsticos, y el PET representa el 14,4% del total de residuos plsticos, que pueden llegar a los ocanos desde la tierra y degradarse con el tiempo a microplsticos (5 mm a 1 micras (m)), submicroplsticos (100 nammetros (nm) a 1 m) y nanoplsticos (1 nm a 100 nm).
Estudios recientes confirman que las partculas de PET comprenden al menos el 5% del total de partculas de plstico identificadas que se pueden encontrar en concentraciones equivalentes a billones de partculas en el aire de algunas ciudades, de 2.649 a 6.292 partculas por litro en el agua mineral, y de 5 a 52,3 ng ml en muestras de hielo de montaa y de la Antrtida. «La ubicuidad de los desechos plsticos est provocando una crisis ecolgica sin precedentes», sealan los autores en el estudio.
«Los resultados del trabajo son prometedores«, apunta Roberto Rosal, catedrtico de Ingeniera Qumica en la Universidad de Alcal, en un comunicado de la plataforma Science Media Center (SMC) en el que explica los detalles del trabajo.
El experto explica que los cientficos degradaron nanopartculas de poli (tereftalato de etileno) de unos 100 nm de dimetro para dar lugar a una variedad de oligmeros y monmeros despolimerizados que deberan resultar metabolizables por microorganismos. Consiguieron «una enzima hidroltica a partir de mutantes de la fragacetoxina C de la anmona de mar rediseados mediante mtodos computacionales.
Alternativa a las depuradoras clsicas
La enzima, construida sobre una protena formadora de poros, se ensambl en forma de nanoporos catalticos sobre un modelo de membrana. «Estos nanorreactores, cuyo diseo es de una elegancia notable, demostraron ser capaces de descomponer pequeos fragmentos de poli(tereftalato de etileno) [PET], uno de los principales polmeros industriales cuyo uso en envases, textiles y una gran variedad de objetos de uso comn es bien conocido».
El desarrollo de hidrolasas capaces de despolimerizar polisteres es un campo de gran inters, ya que dara lugar a un procedimiento de eliminacin de nanoplsticos alternativo a los procesos de filtracin mediante membranas utilizados en la depuracin de aguas residuales.
«Es interesante resaltar que no solo el poli(tereftalato de etileno), sino tambin muchos bioplsticos estn formados por polisteres que, en mayor o menor medida, terminarn diseminados en el medio ambiente. Las enzimas capaces de degradar nanoplsticos deben poseer centros activos accesibles, afines hacia macromolculas hidrfobas y ser capaces de mantener la actividad una vez soportados, propiedades que las enzimas naturales no satisfacen».
Nat Catal (2023). https://doi.org/10.1038/s41929-023-01048-6
