Han desarrollado una proteína artificial que puede filtrar y degradar plástico. Un equipo liderado por científicos del Instituto de Catálisis y Química del Petróleo (ICP-CSIC) ha añadido una nueva función a la proteína mediante métodos computacionales.
Un equipo de científicos del Instituto de Catálisis y Petroquímica del CSIC (ICP-CSIC), junto con equipos del Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) y la Universidad Complutense de Madrid (UCM), ha desarrollado proteínas – sustancias artificiales capaces de descomponer los microplásticos de tereftalato o PET (uno de los plásticos más utilizados, que se encuentran en muchas latas y botellas) y devolverles sus componentes, esencialmente, permitiéndoles descomponerse o reciclarse.
Para ello utilizaron una proteína de defensa procedente de la anémona de la fresa (Actinia fragacea), a la que se le dio una nueva función tras diseñarla mediante métodos computacionales. Los resultados se publican en la revista Nature Catalyce.
Cada año se producen en el mundo unos 400 millones de toneladas de plástico, y esta cifra aumenta aproximadamente un 4% cada año. Las emisiones resultantes de su obtención, son uno de los factores que contribuyen al cambio climático, y su omnipresencia en los ecosistemas genera graves problemas ambientales.
Con el tiempo, el PET, o tereftalato de polietileno, se desgasta, creando partículas cada vez más pequeñas –llamadas microplásticos– que empeoran los problemas ambientales. El PET ya representa más del 10% de la producción mundial de plástico y el reciclaje es poco común e ineficiente.
“Lo que hacemos es algo así como añadirle nuevos complementos a una herramienta multiusos para dotarla de otras funcionalidades diferentes”, explica Víctor Guallar, profesor ICREA en el BSC-CNS y uno de los responsables del trabajo. Estos aditivos constan de sólo tres aminoácidos que actúan como tijeras que pueden cortar pequeñas partículas de PET. En este caso se han añadido a una proteína de la anémona Actinia fragacea, que carece en principio de esta función y que en la naturaleza “funciona como un taladro celular, abriendo poros y actuando como mecanismo de defensa”, detalla el investigador.
Guallar concluye que el aprendizaje automático y la supercomputación utilizados en la ingeniería de proteínas nos permiten “predecir dónde se van a unir las partículas y dónde debemos colocar los nuevos aminoácidos para que puedan ejercer su acción“. La forma resultante es muy similar a la enzima PETasa de la bacteria Idionella sakaiensis, que es capaz de degradar este tipo de plástico y fue descubierta en 2016 en una planta de reciclaje de envases en Japón.
Los resultados muestran que la nueva proteína es capaz de degradar micro y nanoplásticos PET con “una eficacia entre 5 y 10 veces superior a la de las PETasas actualmente en el mercado y a temperatura ambiente”, explicó Guallar.
Otros métodos requieren exponer el plástico a temperaturas superiores a 70°C para hacerlo más flexible, lo que genera altas emisiones de CO2 y limita su uso. Además, se eligió la estructura porosa de la proteína porque permite que el agua fluya a través de ella y puede adherirse a membranas como las que se utilizan en las plantas desalinizadoras. Esto facilitará su uso como filtros “podrían ser usados en depuradoras para degradar esas partículas que no vemos, pero que son muy difíciles de eliminar y que ingerimos”, afirma Manuel Ferrer, investigador del CSIC en el Instituto ICP-CSIC y otro coordinador de investigaciones.
Degradar plástico permite la depuración y el reciclado
Otra ventaja de la nueva proteína es que se han desarrollado dos variantes en función de dónde se encuentren los nuevos aminoácidos. Como resultado, a partir de cada uno de ellos se crean diferentes productos.
“Una variante descompone las partículas de PET de forma más exhaustiva, por lo que podría usarse para su degradación en plantas depuradoras. La otra da lugar a los componentes iniciales que se necesitan para el reciclaje. De esta forma podemos depurar o reciclar, según las necesidades”, explica Laura Fernández López, estudiante de doctorado en el Instituto de Catálisis y Química del Petróleo del CSIC (ICP-CSIC).
Según los investigadores, es posible que se haya adoptado el diseño actual, pero la versatilidad de la proteína, que equiparan a una “herramienta multifuncional”, permitirá añadir y probar factores y variaciones de nuevas combinaciones, explica la doctora Sara García Linares de la Universidad Complutense de Madrid.
“Lo que buscamos es aunar el potencial de las proteínas que nos da la naturaleza y el aprendizaje automático con súperordenadores para producir nuevos diseños que nos permitan alcanzar un entorno saludable de cero plásticos”, sintetiza Ferrer.
“Los métodos computacionales y la biotecnología nos pueden permitir encontrar soluciones a muchos de los problemas ecológicos que nos afectan”, concluye Guallar.
Referencia:
Víctor Guallar Et al. !Sub-micro- and nano-sized polyethylene terephthalate deconstruction with engineered protein nanopores”. Nature Catalysis.
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