Científicos Crean Proteína Artificial Capaz de Degradar Microplásticos en Botellas

"Lo que estamos buscando es combinar el potencial de las proteínas proporcionadas por la naturaleza y el aprendizaje automático con supercomputadoras para producir nuevos diseños que nos permitan lograr un ambiente saludable libre de plásticos"

- Manuel Ferrer, Profesor de Investigación en el ICP-CSIC.

9/11/2023

La producción anual de plásticos a nivel mundial alcanza los 400 millones de toneladas, con un incremento aproximado del 4% cada año. Estos plásticos, especialmente el PET (tereftalato de polietileno) utilizado en envases y botellas de bebidas, se descomponen en microplásticos que agravan los problemas ambientales. El PET representa más del 10% de la producción global de plásticos, y su reciclaje es limitado e ineficaz. En respuesta a esta creciente crisis, investigadores del Centro Nacional de Supercomputación de Barcelona (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 creado proteínas artificiales que pueden descomponer microplásticos y nanoplasticos de PET en sus componentes esenciales, lo que permitiría su descomposición o reciclaje.

Estas proteínas artificiales se basan en una proteína de defensa de la anémona Actinia fragacea, a la cual se le han añadido tres aminoácidos que actúan como tijeras capaces de cortar pequeñas partículas de PET. Este diseño innovador, realizado mediante métodos computacionales, ha resultado en una geometría similar a la enzima PETasa de la bacteria Idionella sakaiensis, capaz de degradar este tipo de plástico y descubierta en 2016 en una planta de reciclaje de envases en Japón.

Los resultados del estudio publicado en la revista Nature Catalysis indican que la nueva proteína puede degradar micro- y nanoplasticos de PET con una eficiencia entre 5 y 10 veces superior a las PETasas disponibles en el mercado, y a temperatura ambiente. Esto contrasta con otros métodos que requieren temperaturas superiores a 70 °C para ablandar el plástico, lo que conlleva altas emisiones de CO2 y limita su aplicabilidad.

Algo Curioso

La proteína artificial diseñada es capaz de degradar micro- y nanoplasticos de PET con una eficiencia entre 5 y 10 veces superior a las PETasas disponibles en el mercado, y lo hace a temperatura ambiente.

Proteínas Artificiales en la Lucha Contra los Microplásticos

La estructura porosa de la proteína artificial fue seleccionada por su capacidad de permitir el paso del agua y por la posibilidad de anclarla a membranas similares a las utilizadas en plantas desalinizadoras. Esto facilitaría su uso en forma de filtros en plantas de purificación para degradar partículas que, aunque invisibles, son difíciles de eliminar y terminamos ingiriendo. Manuel Ferrer, Profesor de Investigación en el ICP-CSIC y coautor del estudio, destaca la importancia de esta característica para la aplicación práctica de la proteína en la eliminación de microplásticos del agua.

Además, se diseñaron dos variantes de la proteína, cada una con los nuevos aminoácidos colocados en diferentes posiciones, lo que resulta en diferentes productos finales. Una variante descompone las partículas de PET de manera más completa, ideal para su uso en plantas de tratamiento de aguas residuales, mientras que la otra produce los componentes iniciales necesarios para el reciclaje. Laura Fernández López, doctoranda en el ICP-CSIC, explica que esto permite optar por la purificación o el reciclaje según las necesidades.

El diseño actual ya podría tener aplicaciones prácticas, pero la flexibilidad de la proteína permite añadir y probar nuevos elementos y combinaciones, ampliando así su potencial. Sara García Linares, de la Universidad Complutense de Madrid y también participante en la investigación, subraya la capacidad de adaptación de la proteína para diferentes usos.

La combinación del potencial de las proteínas naturales con el aprendizaje automático y las supercomputadoras abre un nuevo horizonte en el diseño de soluciones para problemas ecológicos. El objetivo final es lograr un entorno libre de plásticos, saludable para todos los seres vivos. El estudio demuestra que los métodos computacionales y la biotecnología pueden ser herramientas poderosas en la búsqueda de soluciones a problemas ecológicos que nos afectan a nivel global.

Un Futuro Libre de Plásticos: La Meta de la Biotecnología

La investigación, que representa un avance significativo en la lucha contra la contaminación por plásticos, también destaca la importancia de la colaboración interdisciplinaria. La unión de expertos en supercomputación, biología molecular y química ambiental ha sido clave para el desarrollo de esta proteína artificial. Este enfoque colaborativo es esencial para abordar los desafíos ambientales complejos que enfrentamos hoy en día.

El estudio también resalta la importancia de la innovación sostenible en la ciencia de materiales y la ingeniería ambiental. La creación de esta proteína no solo ofrece una solución potencial para la degradación de microplásticos, sino que también pone de relieve la necesidad de seguir investigando y desarrollando tecnologías que puedan integrarse de manera efectiva en los sistemas de gestión de residuos y reciclaje existentes.

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Citación

Este artículo fue originalmente publicado en Phys.org bajo el título "Scientists create artificial protein capable of degrading microplastics in bottles" el 23 de octubre de 2023. Puede encontrar el artículo completo en Phys.org.