Una proteína artificial capaz de descomponer el tereftalato de polietileno, conocido como PET, diseñada y desarrollada por científicos españoles a partir de una proteína producida por la anémona de fresa (Actinia fragacea), constituye un avance para enfrentar la grave amenaza global de la contaminación por plástico.
Los resultados de la investigación, publicados en la revista Nature Catalysis, indican que esta nueva proteína, creada mediante inteligencia artificial y el uso de supercomputadoras, puede degradar micro y nanoplásticos de PET a temperatura ambiente con una eficacia de entre 5 y 10 veces superior a la de las PETasas, enzima empleada para despolimerización de plásticos.
Esta nueva “herramienta multiusos” como la llaman sus creadores fue un trabajo conjunto de investigadores del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (ICP-CSIC), el Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) y la Universidad Complutense de Madrid (UCM).
Una vez concluido el diseño se llevó a la realidad, desarrollando dos versiones artificiales de las proteínas de anémona, ambas con la actividad enzimática prevista. “Los dos diseños construidos tienen propiedades diferentes, lo que hace que esta aproximación sea aún más interesante. Uno de ellos es efectivo para eliminar las micropartículas de PET, mientras que el otro vale para su reciclaje”, indican sus autores.
Omnipresencia diminutos residuos plásticos
Cada año se producen más de 430 millones de toneladas de plástico, de las cuales dos tercios son productos diseñados para un solo uso que, en cuestión de segundos o minutos son desechados y terminan en la basura. Esto se ha convertido en una grave amenaza para el planeta, en particular para los océanos y ecosistemas marinos, donde terminan 8 millones de toneladas de plástico cada año, según la ONU.
Los desechos plásticos en los océanos terminan degradándose con el tiempo hasta convertirse en microplásticos y nanoplásticos, lo que agrava aún más la crisis sanitaria que no solo impacta la vida marina. Afecta a todos los ecosistemas, a la salud humana y la del planeta.
Fotografía de Chest X-ray en Ecoosfera.
Diversos estudios científicos evidencian la omnipresencia de los diminutos residuos de plástico, en el aire, en las nubes, la nieve, el hielo, el agua, el suelo, de polo a polo. Sólo en los océanos hay entre 7 000 y 35 000 toneladas de microplásticos, que junto a las nanoplásticos son una amenaza mayor pues son contaminantes casi imposibles de eliminar, precisamente, debido a su minúsculo tamaño. Pueden intoxicar las células y tejidos de los seres vivos, incluidos los humanos, a quienes llegan a través de la cadena alimentaria principalmente.
En la producción global de plásticos, el PET (tereftalato de polietileno) ocupa más del 10% y es ampliamente utilizado en la industria de alimentos para envasar bebidas y aceites particularmente, también en la industria textil. Su reciclaje es escaso y poco eficiente.
Proteína defensiva de la anémona la inspiró
El grupo de investigadores tiene amplia experiencia en el uso de una familia de proteínas producidas por anénomas marinas que se denomina actinoporinas (actinia, por anémona, y porina, por poro), y son utilizadas por estos animales cazar pequeñas presas (peces y moluscos) y defenderse de sus depredadores.
Estas proteínas, como su nombre lo indica, forman poros, “son capaces de matar células al perforarlas y llenarlas de agujeros. Para este estudio trabajaron con una actinoporina producida por la anémona de fresa (Actinia fragacea), que puede encontrase en las costas españolas cuando baja la marea.
Para ello emplearon el programa Protein Energy Landscape Exploration (PELE), desarrollado por el grupo del BSC. Con un modelo computacional añadieron, virtualmente, tres aminoácidos necesarios para que la proteína fuera capaz de descomponer el PET. “Los súperordenadores usados en esta ingeniería de proteínas permiten “predecir dónde se van a unir las partículas y dónde debemos colocar los nuevos aminoácidos para que puedan ejercer su acción”, explica Víctor Guallar, investigador del Barcelona Supercomputing Center y uno de los autores del trabajo.
“Lo que hacemos es algo así como añadirle nuevos complementos a una herramienta multiusos para dotarla de otras funcionalidades diferentes”, dice Guallar. En este caso se han añadido a una proteína de la anémona Actinia fragacea, que carece en principio de esta función y que en la naturaleza “funciona como un taladro celular, abriendo poros y actuando como mecanismo de defensa”, añade el investigador.
Proteína efectiva, versátil y funciona a temperatura ambiente
El equipo científico diseñó dos variantes de la nueva proteína, según los lugares de colocación de los nuevos aminoácidos, y la configuración estructural resultante es muy similar a la de la PETasa, una enzima natural que se encuentra en la bacteria Ideonella sakaiensis capaz de degradar este tipo de plástico y descubierta en una planta de reciclaje de envases en Japón en 2016.
“Los dos diseños construidos tienen propiedades diferentes, lo que hace que esta aproximación sea aún más interesante”. Uno de ellos es efectivo para eliminar las micropartículas de PET, por lo que podría usarse para su degradación en plantas depuradoras. El otro, “da lugar a los componentes iniciales que se necesitan para el reciclaje”, señalan los autores.
Una de las ventajas de esta proteína artificial es que en condiciones de temperatura ambiente (30 °C), cuando se ensambla en nanoporos, facilita de forma eficaz la degradación de micro y nanoplásticos procedentes de la propia materia prima que constituye el PET, o de sus productos manufacturados, como las más corrientes botellas de plástico. A diferencia de los enforques alternativos que utilizan otras PETasas que requieren temperaturas superiores a 70 °C para lograr mayor flexibilidad, lo que contribuye a elevar las emisiones de CO₂.
Una cualidad de la proteína artificial, diseñada y construida a partir de la actinoporina la anémona de fresa (Actinia fragacea), es permite la adición y prueba de nuevos elementos catalíticos y combinaciones.
Con información de revista Nature Catalysis, Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España y The Conversation
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