Investigadores han identificado y desarrollado una enzima capaz de digerir y consumir algunos de nuestros plásticos más contaminantes, lo que ofrece una esperanza para el reciclaje y la lucha contra la contaminación.
La contaminación por plásticos es el mayor desafío ambiental a nivel mundial, y la solución óptima a este problema aún no se ha encontrado. La mayoría de los plásticos se fabrican a partir de petróleo o gas natural, recursos no renovables que se extraen y procesan mediante técnicas que consumen mucha energía. Por lo tanto, su fabricación y producción son muy destructivas para los ecosistemas frágiles. La destrucción del plástico (principalmente por incineración) causa contaminación del aire, el agua y la tierra . Alrededor del 79 % del plástico producido en los últimos 70 años se ha desechado, ya sea en vertederos o en el medio ambiente, mientras que solo alrededor del 9 % se recicla y el resto se incinera. Este proceso de incineración expone a trabajadores vulnerables a sustancias químicas tóxicas, incluidas sustancias cancerígenas. Se estima que los océanos contienen unos 51 billones de partículas de microplástico, que están mermando lentamente la vida marina. Algunas de estas micropartículas de plástico se dispersan en el aire, provocando contaminación , y existe una posibilidad real de que las estemos inhalando. En la década de 1960, nadie podría haber predicho que la aparición y la popularidad de los plásticos se convertirían algún día en una carga, con enormes cantidades de residuos plásticos flotando en nuestros hermosos océanos, en el aire y vertidos en nuestras preciadas tierras.
Los envases de plástico representan la mayor amenaza y el uso más perjudicial de este plástico. El problema radica en que las bolsas de plástico están por todas partes, se utilizan para cualquier cosa y su uso es incontrolable. Este tipo de plástico sintético no se biodegrada, sino que se acumula en los vertederos, contribuyendo a la contaminación ambiental . Se han impulsado iniciativas para la prohibición total del plástico, especialmente del poliestireno, utilizado en envases. Sin embargo, esto no está dando los resultados deseados, ya que el plástico sigue presente en la tierra, el aire y el agua, y su presencia continúa creciendo. Es innegable que el plástico puede no ser visible a simple vista, ¡pero está por todas partes! Lamentablemente, no logramos abordar el problema del reciclaje y la eliminación de este material plástico.
En un estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences USA , investigadores descubrieron una enzima natural conocida que se alimenta de plástico. Este hallazgo fue fortuito mientras examinaban la estructura de una enzima encontrada en residuos listos para reciclar en un centro de Japón. Esta enzima, llamada Ideonella sakaiensis 201-F6, es capaz de degradar el PET (tereftalato de polietileno), un plástico patentado que se utiliza comúnmente en millones de toneladas de botellas de plástico. La enzima permite que la bacteria degrade el plástico, utilizándolo como alimento. Actualmente no existen soluciones de reciclaje para el PET, y las botellas de plástico fabricadas con este material persisten en el medio ambiente durante cientos de años. Este estudio, liderado por equipos de la Universidad de Portsmouth y el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de Estados Unidos, ha generado una gran esperanza.
El objetivo original era determinar la estructura cristalina tridimensional de esta enzima natural (llamada PETasa) y utilizar esta información para comprender su funcionamiento exacto. Emplearon un haz intenso de rayos X —10 mil millones de veces más brillante que el sol— para dilucidar la estructura y observar los átomos individuales. Estos potentes haces permitieron comprender el funcionamiento interno de la enzima y proporcionaron los planos correctos para diseñar enzimas más rápidas y eficientes. Se reveló que la PETasa es muy similar a otra enzima llamada cutinasa, con la diferencia de que la PETasa tiene una característica especial y un sitio activo más "abierto", que se cree que permite la unión de polímeros artificiales (en lugar de los naturales). Estas diferencias indicaron de inmediato que la PETasa podría estar más evolucionada, especialmente en un entorno que contiene PET, y por lo tanto podría degradarlo. Mutaron el sitio activo de la PETasa para que se pareciera más a la cutinasa. El resultado fue totalmente inesperado: la PETasa mutante fue capaz de degradar el PET incluso mejor que la PETasa natural. Así, en el proceso de comprender y mejorar la capacidad de la enzima natural, los investigadores diseñaron accidentalmente una nueva enzima que resultó ser incluso mejor que la enzima natural en la degradación de plásticos PET . Esta enzima también podía degradar el polietileno furandicarboxilato (PEF), un sustituto de origen biológico de los plásticos PET. Esto generó esperanzas para abordar otros sustratos como el PEF (polietileno furanoato) o incluso el PBS (succinato de polibutileno). Las herramientas para la ingeniería y evolución de enzimas pueden aplicarse continuamente para su mejora. Los investigadores buscan la manera de mejorar la enzima para que su función pueda incorporarse a una potente planta industrial a gran escala. El proceso de ingeniería es muy similar al de las enzimas que se utilizan actualmente en detergentes biológicos o en la fabricación de biocombustibles. La tecnología existe, por lo que su viabilidad industrial debería ser alcanzable en los próximos años.
Se necesita más investigación para comprender algunos aspectos de este estudio. En primer lugar, la enzima descompone piezas más grandes de plástico en piezas más pequeñas, por lo tanto, admite el reciclaje de botellas de plástico, pero todo este plástico debe recuperarse primero. Este plástico "más pequeño" cuando se recupera podría usarse para convertirlos de nuevo en botellas de plástico. La enzima realmente no puede "ir a buscar plástico por sí sola" en el medio ambiente. Una opción propuesta podría ser plantar esta enzima en algunas bacterias que pueden comenzar a descomponer el plástico a un ritmo mayor mientras resisten altas temperaturas. Además, todavía es necesario comprender el impacto a largo plazo de esta enzima.
El impacto de una solución tan innovadora para combatir los residuos plásticos sería enorme a escala global. Llevamos intentando solucionar el problema del plástico desde su aparición. Se han promulgado leyes que prohíben el uso de plásticos de un solo uso y el plástico reciclado se ha popularizado en todas partes. Incluso medidas sencillas como la prohibición de las bolsas de plástico en los supermercados han tenido gran repercusión en los medios. La cuestión es que debemos actuar con rapidez si queremos preservar nuestro planeta de la contaminación plástica . Si bien debemos seguir adoptando el reciclaje en nuestra vida diaria y animar a nuestros hijos a hacer lo mismo, aún necesitamos una buena solución a largo plazo que complemente nuestros esfuerzos individuales. Esta investigación marca el comienzo de la solución a uno de los mayores problemas que enfrenta nuestro planeta .
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Fuentes)
Harry P et al. 2018. Caracterización e ingeniería de una poliésterasa aromática degradadora de plástico. Actas de la Academia Nacional de Ciencias. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
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