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(Noticias de Nanowerk) Los científicos que trabajan en una solución para los desechos plásticos han desarrollado un proceso químico y biológico de dos pasos para descomponer y reciclar plásticos mezclados en bioproductos valiosos.
El proyecto multiinstitucional se basa en la experiencia en biología sintética del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía para desarrollar un microbio que convierte los desechos plásticos deconstruidos en bloques de construcción para materiales de próxima generación.
El nuevo proceso descrito en la revista. Ciencias («Valorización de residuos de plásticos mixtos a través de oxidación química en tándem y canalización orgánica»), reemplazaría un sistema que ahora requiere una clasificación cuidadosa y costosa de materiales, lo que ha resultado en que solo alrededor del 5% de los plásticos se reciclan en los Estados Unidos.
El proyecto está dirigido por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y también reúne a científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts, la Universidad de Wisconsin-Madison y ORNL como parte de Tecnologías biooptimizadas para mantener los termoplásticos fuera de los vertederos y el medio ambiente, o BOTELLA , Consorcio .
Diferentes plásticos contienen diferentes polímeros, cada uno con componentes químicos únicos. Los investigadores de BOTTLE desarrollaron un proceso para convertir plásticos mezclados en un solo producto químico y trabajaron en una solución que permitiría a los recicladores omitir la clasificación.
El primer paso del proceso se basa en oxígeno y catalizadores para descomponer grandes moléculas de polímero en sus componentes químicos más pequeños. El proceso se aplicó a una mezcla de tres plásticos comunes: poliestireno o PS, que se usa en vasos de café desechables; tereftalato de polietileno, o PET, utilizado en botellas de bebidas de un solo uso, ropa de poliéster y alfombras; y polietileno de alta densidad, o HDPE, utilizado en muchos plásticos de consumo comunes y, a menudo, asociado con latas de leche.
«Este es un punto de entrada potencial en el procesamiento de plásticos que no se pueden reciclar en absoluto en la actualidad», dijo Gregg Beckham, investigador principal de NREL y líder de BOTTLE.
El proceso de oxidación descompone estos plásticos en una mezcla compleja de compuestos químicos, que incluyen ácido benzoico, ácido tereftálico y ácidos dicarboxílicos, que requerirían separaciones avanzadas y costosas para obtener productos puros. Ahí es donde entra la biología.
Los colegas de BOTTLE construyeron un microbio del suelo Pseudomonas putidapara bioconvertir o “canalizar” la mezcla de productos intermedios de bajo peso molecular en productos individuales: polihidroxialcanoatos o PHA, que son una forma emergente de bioplásticos biodegradables; o beta-cetoadipato, que se puede utilizar para crear nuevos materiales de nailon con beneficios de rendimiento.
El experimento se basó en una técnica desarrollada por Adam Guss de ORNL y sus colegas en NREL para diseñar la bacteria con las propiedades deseadas de otros organismos. El proceso descrito en el diario. ingeniería metabólica («Degradación química en tándem y reciclaje biológico de poli (tereftalato de etileno) a ácido β-cetoadípico por Pseudomonas putida KT2440″), convirtió PET deconstruido en bloques de construcción para un producto de nailon superior que es más resistente al agua y al calor, ideal para aplicaciones como piezas de automóviles.
“Tomamos un enfoque combinatorio para ensamblar la vía de señalización y, básicamente, encontramos la mejor combinación de genes de diferentes organismos que nos permitieron usar la PET de manera robusta. Pseudomonas putida– dijo Gus. «ORNL se especializa en la modificación de microbios no modelo para agregar rasgos útiles para la biotecnología y aprovecha nuestra amplia experiencia en biología sintética, transcriptómica y proteómica para descubrir nuevas vías metabólicas».
«La canalización biológica simplemente significa que diseñamos la red metabólica de un microbio para canalizar el carbono de una gran cantidad de sustratos a un solo producto», dijo Allison Werner del NREL, coautor del estudio. Ciencias Papel. “Para hacer esto, tomamos ADN de la naturaleza, generalmente otros microbios, y lo insertamos Pseudomonas putidael genoma de El ADN se transcribe en ARN, que a su vez se traduce en proteínas que realizan varias transformaciones bioquímicas, formando una nueva red metabólica y, en última instancia, permitiéndonos capturar más carbono y sintonizar a dónde va”.
Guss y sus colegas han pasado años perfeccionándolo. P. putida para convertir la lignina de biopolímero a base de plantas, derivada de cultivos bioenergéticos, en bioproductos avanzados como parte del Centro de Innovación Bioenergética y Agile BioFoundry del DOE. En 2020, Guss lideró un equipo que anunció (ingeniería metabólica«Instruido Pseudomonas putida descompone simultáneamente cinco componentes principales de la lignocelulosa del rastrojo de maíz: glucosa, xilosa, arabinosa, ácido p-cumárico y ácido acético»), había diseñado el microbio para digerir simultáneamente cinco de los compuestos más abundantes de la biomasa lignocelulósica.
En los próximos pasos de BOTTLE, “seguimos ampliando la gama de moléculas que P. putida comer mientras trabajamos para extraer más tipos de plásticos y también más plásticos del mundo real con aditivos agregados», dijo Guss.
«Los plásticos son los principales contaminantes ambientales y en gran parte están hechos de carbono fósil», dijo. «Esta investigación se encuentra en la intersección de descomponer los desechos plásticos de hoy y convertirlos en componentes básicos para la próxima generación de plásticos que son tanto reciclables como biodegradables».
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