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(Noticias de Nanowerk) Investigadores del Instituto de Biotecnología de Manchester (MIB) han desarrollado una nueva plataforma de ingeniería de enzimas para mejorar las enzimas que degradan plásticos a través de la evolución dirigida.
Para ilustrar la utilidad de su plataforma, desarrollaron una enzima que puede descomponer con éxito el tereftalato de poli(etileno) (PET), el plástico comúnmente utilizado en las botellas de plástico.
En los últimos años, el reciclaje enzimático de plásticos ha surgido como una estrategia atractiva y respetuosa con el medio ambiente para paliar los problemas asociados a los residuos plásticos. Aunque existe una serie de métodos existentes para reciclar plásticos, las enzimas podrían proporcionar una alternativa más económica y más eficiente desde el punto de vista energético. Además, podrían usarse para degradar selectivamente ciertos componentes de flujos de desechos plásticos mixtos que actualmente son difíciles de reciclar utilizando las tecnologías existentes.
Aunque se trata de una tecnología prometedora, aún existen importantes obstáculos que superar antes de que el reciclaje enzimático de plásticos pueda utilizarse a gran escala a escala comercial. Por ejemplo, un desafío es que las enzimas naturales con la capacidad de degradar plásticos suelen ser menos efectivas e inestables en las condiciones requeridas para un proceso a escala industrial.
Para abordar estas limitaciones, un artículo publicado hoy en catálisis natural («Evolución dirigida de una despolimerasa PET termoestable y eficiente»), investigadores de la Universidad de Manchester han informado sobre una nueva plataforma de ingeniería de enzimas que puede mejorar rápidamente las propiedades de las enzimas que degradan el plástico para hacerlas más adecuadas para el reciclaje de plástico a gran escala. . Su plataforma integrada y automatizada puede evaluar con éxito la degradabilidad plástica de alrededor de 1000 variantes de enzimas por día.
dr. Elizabeth Bell, quien dirigió el trabajo experimental en MIB, dice de la plataforma; “La acumulación de plástico en el medio ambiente es un gran desafío global. Debido a esto, estábamos ansiosos por utilizar nuestras habilidades de ingeniería de enzimas para mejorar las propiedades de las enzimas que degradan plásticos para aliviar algunos de estos problemas. Esperamos que en el futuro nuestra plataforma escalable nos permita desarrollar rápidamente enzimas nuevas y específicas adecuadas para su uso en procesos de reciclaje de plásticos a gran escala”.
Para probar su plataforma, desarrollaron una nueva enzima, HotPETase, a través de la evolución dirigida de IsPETase. IsPETase es una enzima recientemente descubierta producida por la bacteria Ideonella sakaiensis que puede utilizar PET como fuente de carbono y energía.
Si bien IsPETase tiene la capacidad natural de degradar algunas formas semicristalinas de PET, la enzima es inestable a temperaturas superiores a 40 °C, muy por debajo de las condiciones de proceso deseables. Esta baja estabilidad significa que las reacciones deben realizarse a temperaturas por debajo de la temperatura de transición vítrea del PET (~65 °C), lo que da como resultado bajas tasas de despolimerización.
Para superar esta limitación, el equipo desarrolló una enzima termoestable, HotPETase, que es activa a 70 °C, que es superior a la temperatura de transición vítrea del PET. Esta enzima puede despolimerizar PET semicristalino más rápido que las enzimas reportadas anteriormente y puede degradar selectivamente el componente PET de un material de empaque laminado, lo que subraya la selectividad que se puede lograr a través del reciclaje enzimático.
El profesor Anthony Green, profesor de química orgánica, dijo: “El desarrollo de HotPETase demuestra vívidamente las capacidades de nuestra plataforma de ingeniería de enzimas. Ahora esperamos trabajar con ingenieros de procesos y científicos de polímeros para probar nuestra enzima en aplicaciones reales. Esperamos que nuestra plataforma resulte útil en el futuro para desarrollar enzimas más eficientes, estables y selectivas para reciclar una variedad de materiales plásticos”.
El desarrollo de enzimas sólidas que degradan plásticos, como HotPETase, junto con la disponibilidad de una plataforma de ingeniería de enzimas versátil, contribuyen de manera importante al desarrollo de una solución biotecnológica al problema de los desechos plásticos. El avance de esta tecnología prometedora ahora requiere un esfuerzo colaborativo y multidisciplinario que involucre a biotecnólogos, ingenieros químicos y científicos de polímeros de todas las comunidades académicas e industriales. A medida que el mundo enfrenta un problema de desechos cada vez mayor, la biotecnología podría ofrecer una solución ambientalmente sostenible.
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