ICM-CSIC desvela la degradación de plástico PET con enzimas bacterianas

La rigidez, transparencia y dureza del PET (tereftalato de polietileno) lo convierten en uno de los plásticos más valiosos para la fabricación de botellas, todo tipo de envases y otros productos de un solo uso. Sin embargo, estas características lo hacen muy persistente en el medio ambiente, hasta el punto de que una botella de plástico PET puede tardar varios cientos de años en degradarse en el océano. 

A nivel molecular, el PET, al igual que el resto de plásticos, tiene una estructura polimérica formada por decenas de miles de repeticiones de pequeñas subunidades llamadas monómeros. Hace unos años, se descubrió que existe un tipo de enzimas bacterianas llamadas poliéster hidrolasas (o PETasas) que son capaces de degradar el PET y recuperar los monómeros originales. Ahora, un nuevo estudio liderado por el Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) y la Universidad de Leipzig (Alemania) revela los detalles, a nivel molecular, del proceso de degradación del PET por parte de estas enzimas.

"Los resultados de nuestro trabajo pueden ser muy útiles para la industria, ya que es la primera vez que vemos la imagen en movimiento del proceso de degradación del PET. Además, allanan el camino para el diseño de nuevas enzimas capaces de descomponer el plástico en sus componentes solubles originales de manera eficiente", explica Francesco Colizzi, uno de los autores principales del estudio.

Por su parte, Ania Di Pede-Mattatelli, una de las coautoras del trabajo, añade que "estas enzimas también podrían aplicarse para tratar los microplásticos del tipo PET que se desprenden durante el lavado de ropa y van a parar a las plantas de tratamiento de aguas residuales, contribuyendo así a la preservación del medio marino".

Experimentos y simulaciones 3D

Para descubrir el mecanismo de degradación del PET a nivel atómico, las autoras y autores del trabajo, publicado recientemente en la revista ACS Catalysis, diseñaron una matriz de vidrio que estabilizaba los intermediarios de la reacción enzimática y permitía su detección en tiempo real a través de métodos espectroscópicos tales como las resonancias magnéticas. Acto seguido, a través de cálculos moleculares usando superordenadores, pudieron interpretar los datos espectroscópicos y generar un modelo molecular 3D detallado a partir del proceso enzimático de degradación del PET.

Hasta ahora, la forma en la que el PET podía unirse e interactuar con estas enzimas había sido objeto de numerosas investigaciones y se habían planteado hipótesis controvertidas. Por ejemplo, se pensaba que era necesario que una gran parte del PET se uniera a la enzima para descomponer el polímero plástico en sus componentes originales. En cambio, este trabajo demuestra que la interacción de sólo 2 subunidades de PET es suficiente para que la enzima corte el polímero. Finalmente, el estudio revela que la enzima puede "caminar" o deslizarse sobre la cadena de PET para pasar de un monómero al otro.

"Entender cómo interactúa el PET con la enzima es importante para guiar el diseño de nuevos sistemas de reciclaje. Al final, la propia naturaleza nos proporciona el material de partida para reducir la contaminación por plásticos, aunque debemos utilizarlas de forma adecuada", concluye Colizzi al respecto.

Las investigadoras e investigadores del ICM-CSIC, con el apoyo de la Agencia Española de Investigación (AEI), siguen ahondando en el estudio la degradación del PET a través de enzimas de bacterias marinas. El objetivo de esta línea de investigación es orientar el diseño de variantes enzimáticas altamente eficientes para aplicaciones biotecnológicas que, en última instancia, den valor a los residuos plásticos. Esto se hace en colaboración con un equipo interdisciplinar ya establecido en el ICM-CSIC y permitirá, en última instancia entender y mitigar la contaminación por plástico en el océano.