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Una enzima alimenticia plástica: esperanza de reciclar y combatir la contaminación

MEDIOAMBIENTEUna enzima alimenticia plástica: esperanza de reciclar y combatir la contaminación

Los investigadores han identificado y diseñado una enzima que puede digerir y consumir algunos de nuestros plásticos más contaminantes, lo que brinda una esperanza para el reciclaje y la lucha contra la contaminación.

Contaminador plástica es el mayor desafío ambiental a nivel mundial en forma de plástico contaminación y la solución óptima a este problema sigue siendo difícil de alcanzar. La mayoría de los plásticos están hechos de petróleo o gas natural, que son recursos no renovables que se extraen y procesan mediante técnicas que consumen mucha energía. Por lo tanto, su fabricación y producción en sí es muy destructiva para los ecosistemas frágiles. La destrucción del plástico (principalmente por incineración) provoca la contaminación del aire, el agua y la tierra. Alrededor del 79 por ciento del plástico producido en los últimos 70 años se ha desechado, ya sea en vertederos o en el medio ambiente en general, mientras que solo alrededor del nueve por ciento se recicla y el resto se incinera. Este proceso de incineración expone a los trabajadores vulnerables a sustancias químicas tóxicas que incluyen sustancias cancerígenas. Se dice que los océanos contienen alrededor de 51 billones de partículas microplásticas y están agotando lentamente la vida marina. Algunas de las micropartículas de plástico se esparcen por el aire, lo que genera contaminación y existe una posibilidad real de que las estemos inhalando. Nadie podría haber predicho en la década de 1960 que el advenimiento y la popularidad de los plásticos algún día se convertirían en una carga con los enormes desechos plásticos que se encuentran flotando en nuestros hermosos océanos, aire y arrojados a nuestras preciosas tierras.

Los envases de plástico son la mayor amenaza y el uso más corrupto de los plásticos. Pero el problema es que la bolsa de plástico está en todas partes, se usa para cada pequeño propósito y no hay control sobre su uso. Este tipo de plástico sintético no se biodegrada, sino que simplemente se asienta y se acumula en los vertederos y contribuye a la contaminación ambiental. Ha habido iniciativas para la "prohibición completa de los plásticos", especialmente el poliestireno que se utiliza en los envases. Sin embargo, esto no conduce a los resultados deseados, ya que el plástico todavía es omnipresente en la tierra, el aire y el agua y está en constante crecimiento. Es seguro decir que es posible que el plástico ni siquiera sea visible a simple vista todo el tiempo, ¡pero está en todas partes! Es lamentable que no podamos abordar el problema del reciclaje y eliminación del material plástico.

En un estudio publicado en Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU., los investigadores han descubierto un conocido enzima que se alimenta de plástico. Este fue un descubrimiento casual mientras examinaban la estructura de una enzima que se encontró en los desechos listos para reciclarse en un centro de Japón. Esta enzima, llamada Ideonella sakaiensis 201-F6, es capaz de "comer" o "alimentarse" de plástico PET patentado o tereftalato de polietileno, que se utiliza con mayor frecuencia en millones de toneladas de botellas de plástico. Básicamente, la enzima permitió a las bacterias degradar el plástico como fuente de alimento. Actualmente no existen soluciones de reciclaje para PET y las botellas de plástico hechas de PET persisten durante más de cientos de años en el medio ambiente. Este estudio dirigido por equipos de la Universidad de Portsmouth y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos ha generado una inmensa esperanza.

El objetivo original era determinar la estructura cristalina tridimensional de esta enzima natural (llamada PETasa) y utilizar esta información para comprender cómo funciona exactamente esta enzima. Utilizaron un intenso haz de rayos X, que son 10 mil millones de veces más brillantes que el sol, para dilucidar la estructura y ver los átomos individuales. Estos poderosos rayos permitieron comprender el funcionamiento interno de la enzima y proporcionaron planos correctos para poder diseñar enzimas más rápidas y eficientes. Se reveló que la PETasa se parece mucho a otra enzima llamada cutinasa, excepto que la PETasa tiene una característica especial y un sitio activo más "abierto", que se cree que admite polímeros hechos por humanos (en lugar de los naturales). Estas diferencias indicaron inmediatamente que la PETasa puede evolucionar más, especialmente en un entorno que contiene PET y, por lo tanto, podría degradar el PET. Mutaron el sitio activo de la PETasa para que se pareciera más a la cutinasa. Lo que siguió fue un resultado totalmente inesperado, la PETasa mutante fue capaz de degradar la PET incluso mejor que la PETasa natural. Por lo tanto, en el proceso de comprender e intentar mejorar la capacidad de la enzima natural, los investigadores terminaron por diseñar accidentalmente una nueva enzima que era incluso mejor que la enzima natural para descomponer el PET. plástica. Esta enzima también podría degradar el polietilen furandicarboxilato, o PEF, un sustituto de origen biológico de los plásticos PET, lo que generó esperanzas de abordar otros sustratos como el PEF (polietileno furanoato) o incluso el PBS (polibutileno succinato). Las herramientas para la ingeniería y la evolución de enzimas se pueden aplicar continuamente para seguir mejorando. Los investigadores están buscando una forma de mejorar la enzima para que su función pueda incorporarse en una potente configuración industrial a gran escala. El proceso de ingeniería es muy similar a las enzimas que se utilizan actualmente en los detergentes de biolavado o en la fabricación de biocombustibles. La tecnología existe y, por lo tanto, la 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 abordar los residuos plásticos sería muy alto a escala mundial. Hemos estado tratando de abordar el problema del plástico desde la llegada del plástico en sí. Ha habido leyes que prohíben el uso de un solo plástico y también el plástico reciclado ahora se favorece en todas partes. Incluso los pequeños pasos como prohibir las bolsas de plástico en los supermercados han estado en todos los medios. El punto es que debemos actuar con rapidez si queremos preservar nuestro planeta de la contaminación plástica. Aunque debemos seguir adoptando el reciclaje en nuestra vida diaria mientras animamos a nuestros hijos a que también lo hagan. Todavía necesitamos una buena solución a largo plazo que pueda ir de la mano de nuestros propios esfuerzos individuales. Esta investigación marca el comienzo para abordar uno de los mayores problemas a los que se enfrenta nuestro planeta.

***

{Puede leer el trabajo de investigación original haciendo clic en el enlace DOI que figura a continuación en la lista de fuentes citadas}

Fuentes)

Harry P y col. 2018. Caracterización e ingeniería de una poliesterasa aromática degradadora de plásticos. Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115

Equipo SCIEU
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