Enzimas ancestrales para mejorar la biodegradación de los plásticos

Biobasados

Biotecnología aplicada al reciclaje y compostaje

Enzimas ancestrales para mejorar la biodegradación de los plásticos

13 de julio de 2022

El proyecto RevoluZion desarrollará hasta tres formulaciones de materiales bioplásticos innovadores de base biológica. Para lograrlo, se servirá de técnicas de ingeniería enzimática avanzada. A través de un proceso denominado evolución dirigida, se diseñarán enzimas “a medida” con alto potencial, capacitadas específicamente para una biodegradación y compostabilidad programadas.

El proyecto RevoluZion aspira a reducir en un 70% la huella de carbono provocada por la incineración de residuos plásticos.

Los materiales obtenidos (mezclas de poliésteres como matriz y aditivos funcionales enzimáticos) aspiran a contribuir como una solución integral al fin de vida de los plásticos. Cerca de 500.000 Tms. de estos desperdicios terminan contaminando anualmente suelos y océanos tras ser incinerados. “La idea del proyecto es lograr reducir los tiempos típicos de compostaje industrial de productos compostables para hacer atractivo y económicamente viable el tratamiento industrial de dichos materiales, o permitir la compostabilidad en condiciones domésticas de compost y/o biodegradabilidad en entornos naturales (agua, suelo) de resinas tradicionalmente utilizadas para compost industrial. Las formulaciones podrían servir a diferentes aplicaciones. Por ejemplo, para la producción de cápsulas de café o artículos para agricultura”, explican a Plasturgia Sostenible fuentes que participan en este proyecto.

Recuperación de estructuras genéticas originales

El objetivo es lograr reducir los tiempos típicos de compostaje industrial

La customización de las enzimas se llevará a cabo, en primer lugar, mediante la reconstrucción de proteínas ancestrales (recuperando estructuras genéticas originales de las enzimas), cuyas altas propiedades favorecerán la capacidad de resistencia de la enzima ante condiciones extremas y la optimizarán para acelerar la biodegradación del que será el material base de los productos prototipo que se desarrollarán en el marco del proyecto (el sector del packaging y aplicaciones agrícolas como el mulching). 

Se diseñarán enzimas “a medida” capacitadas para una biodegradación y compostabilidad programadas

“Las proteínas ancestrales ‘resucitadas’ se han utilizado ampliamente como herramientas para explorar problemas relevantes en la evolución molecular. Más recientemente, se ha descubierto que las proteínas ancestrales pueden mostrar propiedades que son deseables en aplicaciones biotecnológicas, específicamente, estabilidad y capacidad de evolución in vitro mejoradas, así como características de expresión mejoradas. Mediante la reconstrucción de secuencias ancestrales dirigidas a nodos filogenéticos antiguos, se pueden reproducir experimentalmente las primeras etapas de la evolución de las proteínas en las que se generaron nuevas funciones. Las enzimas ancestrales resucitadas son realmente enzimas nuevas que se generarán durante la investigación, pero que análisis filogenéticos y bioinfomáticos apoyan que pueden corresponder aproximadamente a enzimas con propiedades especiales y útiles que existieron hace mucho tiempo. Usando este principio, se diseñarán en este proyecto novedosos aditivos basados en enzimas ancestrales resucitadas con actividad de despolimerización y repolimerización”, han detallado fuentes del proyecto.

Uno de los desafíos de RevoluZion es desarrollar una solución protectora para las enzimas, que tendrán que enfrentarse a condiciones extremas durante el procesamiento de las resinas plásticas.

Las enzimas resucitadas tendrán actividad de despolimerización y repolimerización

Previamente encapsulada, la integración de la enzima mejorada en el aditivo termoplástico se realizará mediante procesos de extrusión y compounding. La tecnología de Revoluzion, que aumentará el potencial de reciclabilidad de bioplásticos, permitirá además reducir la huella de carbono derivada de la incineración de plásticos en un 70%, y minimizará en un 50% tanto los gases de efecto invernadero como la energía necesaria en los procesos de degradación de plásticos. Por otro lado, en las propias encimas se introducirán biomarcadores (proteínas fluorescentes) que favorecerán la identificación de los bioplásticos en las plantas de reciclaje.

Habrá biomarcadores en las enzimas para identificar los bioplásticos en las plantas de reciclaje
Los bioplásticos desarrollados pueden servir para cápsulas de café o artículos para agricultura

Los mayores desafíos del proyecto RevoluZion tienen que ver con “la personalización de enzimas específicas con fuerte resistencia a las condiciones de transformación de los plásticos y la selectividad programada para digerir las resinas seleccionadas, además de poder desarrollar una solución de anclaje protector para integrar las enzimas en las resinas plásticas sin dañarlas o inactivarlas por completo al procesar dichas resinas”. Los procesos de transformación de los plásticos suelen involucrar altas temperaturas y cizalla, los cuales pueden afectar negativamente a la actividad de las enzimas desarrolladas. Por ello, los científicos tendrán que superar el reto de “proteger las enzimas mediante el diseño de novedosos sistemas protectores que permitan su integración en tecnologías de transformación de plásticos”.

La enzima se incorporará en el termoplástico mediante extrusión y compounding

El proyecto Revoluzion se enmarca en el Plan Europeo Next Generation EU, del que ha recibido, junto con la Agencia Estatal de Investigación, casi un millón de euros de financiación. El consorcio está formado por distintas empresas y centros de investigación: KOMPUESTOS, coordinador del proyecto, AITIIP Centro Tecnológico, la Universidad de Granada, el CIB Margarita Salas, el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC y el propio CSIC.

Proyecto PLEC2021-008188 financiado por: