• Un equipo de científicos de la Universidad Complutense de Madrid, del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC (ICP-CSIC) y del Barcelona Supercomputing Center han añadido una nueva función -mediante métodos computacionales- a una proteína de defensa de la anémona de fresa (Actinia fragacea).

   

• La nueva proteína es capaz de degradar micro y nanoplásticos de PET con una eficacia entre 5 y 10 veces superior a la de las PETasas actualmente en el mercado y a temperatura ambiente.

   

• Los resultados aparecen publicados en la revista Nature Catalysis

 

Con el tiempo, el plástico PET se va desgastando formando partículas cada vez más pequeñas, los llamados microplásticos.

Madrid, 23 de octubre de 2023.-Un equipo de científicos de la Universidad Complutense de Madrid, del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC (ICP-CSIC) y del Barcelona Supercomputing Center (BSC) han desarrollado unas proteínas artificiales capaces de degradar microplásticos de tereftalato de polietileno o PET -uno de los plásticos más empleados, presente en muchos envases y botellas- y reducirlos a sus componentes esenciales, lo que permitiría su descomposición o su reciclaje. Para ello han usado una proteína de defensa de la anémona de fresa (Actinia fragacea), a la que le han añadido la nueva función tras un diseño mediante métodos computacionales. Los resultados aparecen publicados en la revista Nature Catalysis.

Los investigadores complutenses son: Sara García Linares, profesora ayudante doctora en el departamento de Bioquímica y Biología Molecular y corresponding author del trabajo (junto con Víctor Guallar y Manuel Ferrer); Rafael Amigot, egresado del Máster en Bioquímica y Biología Molecular; Diego Heras, contratado predoctoral UCM en el departamento de Bioquímica y Biología Molecular, y Álvaro Martínez del Pozo, catedrático en el departamento de Bioquímica y Biología Molecular.

Cada año se producen cerca de 400 millones de toneladas de plásticos en el mundo, una cifra que aumenta alrededor de un 4% anualmente. Las emisiones que resultan de su fabricación son uno de los elementos que contribuyen al cambio climático, y su presencia ubicua en los ecosistemas conlleva graves problemas ecológicos.

Con el tiempo, el PET o tereftalato de polietileno se va desgastando formando partículas cada vez más pequeñas —los llamados microplásticos—, lo que agrava los problemas medioambientales. El PET supone ya más del 10% de la producción global de plásticos y su reciclaje es escaso y poco eficiente.

“Lo que hacemos es algo así como añadirle nuevos complementos a una herramienta multiusos para dotarla de otras funcionalidades diferentes”, explica Víctor Guallar, profesor ICREA en el BSC y uno de los responsables del trabajo. Esos complementos consisten en apenas tres aminoácidos que funcionan como tijeras capaces de cortar pequeñas partículas de PET. 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”, explica Sara García Linares, de la Universidad Complutense de Madrid y otra de las coordinadoras del estudio.

 

El aprendizaje automático y los súper ordenadores 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”, resume Guallar. La geometría resultante es bastante similar a la de 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 indican que la nueva proteína es capaz de degradar micro y nanoplásticos de PET con “una eficacia entre 5 y 10 veces superior a la de las PETasas actualmente en el mercado y a temperatura ambiente”, explica Guallar.

Otras aproximaciones precisan actuar a temperaturas superiores a 70°C para hacer el plástico más moldeable, lo que conlleva altas emisiones de CO₂ y limita su aplicabilidad. Además, la estructura de la proteína en forma de poros se escogió porque permite el paso de agua por su interior y porque puede ser anclada a membranas similares a las que se usan en plantas de desalinización. Esto facilitaría su uso en forma de filtros, que “podrían ser usados en depuradoras para degradar esas partículas que no vemos, pero que son muy difíciles de eliminar y que ingerimos”, destaca Manuel Ferrer, investigador del CSIC en el ICP-CSIC y otro de los coordinadores del estudio.

Un diseño que permite la depuración y el reciclado

Otra ventaja de la nueva proteína es que se diseñaron dos variantes, según los lugares de colocación de los nuevos aminoácidos. El resultado es que cada una de ellas da lugar a diferentes productos. “Una variante descompone las partículas de PET de forma más exhaustiva, por lo que podría usarse para su degradación en plantas depuradoras. La otra da lugar a los componentes iniciales que se necesitan para el reciclaje. De esta forma podemos depurar o reciclar, según las necesidades”, explica Laura Fernández López, que realiza su tesis doctoral en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC (ICP-CSIC).

El diseño actual ya podría tener aplicaciones, según los investigadores, pero la flexibilidad de la proteína —a la que comparan con una “herramienta multiusos”— permitiría añadir y probar nuevos elementos y combinaciones, explica la Dra. Sara García Linares, de la Universidad Complutense de Madrid. “Lo que buscamos es aunar el potencial de las proteínas que nos da la naturaleza y el aprendizaje automático con súper ordenadores para producir nuevos diseños que nos permitan alcanzar un entorno saludable de cero plásticos”, resume Ferrer.

“Los métodos computacionales y la biotecnología nos pueden permitir encontrar soluciones a muchos de los problemas ecológicos que nos afectan”, concluye Guallar.

Referencias: Ana Robles-Martín, Rafael Amigot-Sánchez, Laura Fernandez-Lopez, Jose L. Gonzalez-Alfonso, Sergi Roda, Víctor Alcolea-Rodriguez, Diego Heras-Márquez, David Almendral, Cristina Coscolín, Francisco J. Plou, Raquel Portela, Miguel A. Bañares, Álvaro Martínez-del-Pozo, Sara García-Linares, Manuel Ferrer & Víctor Guallar. Sub-micro- and nano-sized polyethylene terephthalate deconstruction with engineered protein nanopores. Nature Catalysis. DOI: 10.1038/s41929-023-01048-6

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