Cada año se producen en todo el mundo alrededor de 400 millones de toneladas de plástico, una cifra que aumenta alrededor de un 4% anual. Las emisiones resultantes de su fabricación son uno de los elementos que contribuyen al cambio climático y su presencia ubicua en los ecosistemas genera graves problemas ecológicos.

Uno de los más utilizados es el PET (tereftalato de polietileno), que se encuentra en muchos envases y botellas de bebidas. Con el tiempo, este material se desgasta y se convierte en partículas cada vez más pequeñas , los llamados microplásticos, lo que agrava los problemas medioambientales. El PET ya representa más del 10% de la producción mundial de plástico y el reciclaje es escaso e ineficiente.

Ahora, científicos del Barcelona Supercomputing Center—Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), junto con grupos de investigación del Instituto de Catálisis y Petroquímica del CSIC (ICP-CSIC) y la Universidad Complutense de Madrid (UCM), han desarrollado proteínas artificiales capaces de degradar microplásticos y nanoplásticos PET y reducirlos a sus componentes esenciales, lo que permitiría descomponerlos o reciclarlos.

Han utilizado una proteína de defensa procedente de la anémona de la fresa (Actinia fragacea), a la que han añadido la nueva función tras diseñarla mediante métodos computacionales . Los resultados se publican en la revista Nature Catalysis .

Naturaleza en expansión

«Lo que estamos haciendo es algo así como añadir brazos a una persona», explica Víctor Guallar, profesor ICREA en el BSC y uno de los autores del trabajo. Estos brazos están formados por tan solo tres aminoácidos que funcionan como tijeras capaces de cortar pequeñas partículas de PET. En este caso, se han añadido a una proteína procedente de la anémona Actinia fragacea, que en principio carece de esta función y que en la naturaleza «funciona como un taladro celular, abriendo poros y actuando como mecanismo de defensa», explica el investigador.

El aprendizaje automático y los superordenadores como el MareNostrum 4 del BSC utilizados en esta ingeniería de proteínas permiten «predecir dónde se van a unir las partículas y dónde debemos colocar los nuevos aminoácidos para que puedan ejercer su acción», afirma Guallar. La geometría resultante es bastante similar a la de la enzima PETasa de la bacteria Idionella sakaiensis, capaz de degradar este tipo de plástico y que fue descubierta en 2016 en una planta de reciclaje de envases en Japón.

Los resultados indican que la nueva proteína es capaz de degradar micro y nanoplásticos PET con «una eficiencia entre 5 y 10 veces superior a la de las PETasas actualmente en el mercado y a temperatura ambiente » , explica Guallar. Otros enfoques requieren temperaturas superiores a 70 °C para hacer que el plástico sea más moldeable, lo que genera altas emisiones de CO 2 y limita su aplicabilidad.

Además, se eligió la estructura porosa de la proteína porque permite el paso del agua y porque puede anclarse a membranas similares a las utilizadas en las plantas desalinizadoras. Esto facilitaría su uso en forma de filtros, que «podrían utilizarse en plantas depuradoras para degradar aquellas partículas que no vemos, pero que son muy difíciles de eliminar y que ingerimos», afirma Manuel Ferrer, profesor de investigación del ICP-CSIC y también responsable del estudio.

Un diseño que permita la purificación y/o reciclaje

Otra ventaja de la nueva proteína es que se diseñaron dos variantes, dependiendo de dónde se coloquen los nuevos aminoácidos . El resultado es que cada uno da lugar a productos diferentes.

«Una variante descompone más profundamente las partículas de PET, por lo que podría utilizarse para la degradación en plantas de tratamiento de aguas residuales. La otra da lugar a los componentes iniciales necesarios para el reciclaje. De esta manera podemos purificar o reciclar, según las necesidades». explica Laura Fernández López, que trabaja en su tesis doctoral en el Instituto de Catálisis y Petroquímica del CSIC (ICP-CSIC).

El diseño actual ya podría tener aplicaciones, según los investigadores, pero «la flexibilidad de la proteína , como la de una herramienta polivalente, permitiría añadir y probar nuevos elementos y combinaciones», explica la doctora Sara García Linares. de la Universidad Complutense de Madrid, que también ha participado en la investigación.

«Lo que buscamos es combinar el potencial de las proteínas que nos proporciona la naturaleza y el aprendizaje automático con los superordenadores para producir nuevos diseños que nos permitan conseguir un entorno saludable sin plásticos», afirma Ferrer.

«Los métodos computacionales y la biotecnología pueden permitirnos encontrar soluciones a muchos de los problemas ecológicos que nos afectan», concluye Guallar.

Fuente: phys.org