Las anémonas marinas guardan el secreto para degradar microplásticos

Álvaro Martínez del Pozo.

Catedrático de Bioquímica y Biología Molecular.
Universidad Complutense de Madrid. 

Sara García Linares.

Profesora Ayudante Doctora.
Universidad Complutense de Madrid. 

Una enzima artificial basada en una proteína producida por una anémona que podemos encontrar en prácticamente cualquier costa española puede degradar el PET.

Los plásticos derivados del petróleo se acumulan en el medio ambiente. Aproximadamente el 80 % de los residuos están hechos de macroplásticos, muchos de los cuales acaban vertiéndose en los océanos y degradándose con el tiempo hasta convertirse en microplásticos y nanoplásticos, lo que agrava los problemas ambientales.

Sin pretender subestimar el desastroso impacto de los macroplásticos, este tipo de contaminante puede recogerse y eliminarse fácilmente. Sin embargo, sólo en los océanos hay entre 7 000 y 35 000 toneladas de microplásticos que, junto con las nanopartículas de plástico, suponen un verdadero problema sanitario mundial.

Estos contaminantes, casi imposibles de eliminar precisamente por su minúsculo tamaño, pueden intoxicar las células y tejidos de todo tipo de seres vivos, incluidos los humanos, a los que llegan principalmente a través de la cadena alimentaria.

Además, estudios recientes han confirmado la presencia de micro y nanoplásticos equivalentes a billones de partículas en el aire de algunas ciudades, de 2 649 a 6 292 partículas por litro en agua mineral y de 5 a 52,3 ng/mL en muestras de nieve superficial alpina y en muestras de hielo de zonas protegidas como la Antártida.

Así, la ubicuidad del plástico y de los residuos plásticos está provocando una crisis ecológica sin precedentes que afecta a todas las formas de vida, desde los macro hasta los microorganismos. Este coste medioambiental acumulativo de residuos plásticos se está convirtiendo cada vez más en una catástrofe global irreversible.

Productos de alto valor a partir del plástico

Por otro lado, el plástico también es una materia prima valiosa. El reciclaje es una alternativa prometedora a la incineración, ya sea como base para la síntesis de polímeros o como fuente de carbono para la fermentación.

Después de reducir y reutilizar, reciclar (las tres erres de la protección ambiental) es la última opción para evitar que los plásticos se conviertan en un residuo duradero. Por ello, es obligatorio un esfuerzo adicional para ampliar la caja de herramientas de reciclaje de mezclas plásticas.

Los investigadores exploran procesos químicos y biológicos para desarrollar rutas de reciclaje alternativas que permitan convertir los residuos plásticos en productos químicos de valor comercial. Por ejemplo, en los últimos años, el poliestireno se ha convertido de nuevo en monómeros de estireno en presencia de sal de mesa y un depurador de cobre oxidado.

Utilizando nanopartículas de platino soportadas por alúmina, el polietileno se convierte en derivados aromáticos alquilados de cadena larga, unos compuestos con amplios usos como tensioactivos, lubricantes, fluidos refrigerantes, etc.

También se han desarrollado enzimas para convertir el tereftalato de polietileno (PET) de nuevo en sus monómeros, formando un proceso de reciclado de circuito cerrado.

Con la ayuda de una anémona

Nuestro grupo de investigación tiene una amplia experiencia en el uso de proteínas formadoras de poros que, como su propio nombre indica, son capaces de matar células al perforarlas y llenarlas de agujeros. En concreto, trabajamos con una familia de estas proteínas que son producidas por anémonas marinas y, por ello, se denominan actinoporinas (actinia, por anémona, y porina, por poro). Las anémonas las utilizan para cazar a sus presas (pequeños peces y moluscos) y defenderse de sus depredadores.

Dentro de esta línea de investigación, hemos contribuido al diseño y desarrollo de una exitosa enzima artificial para degradar el PET basada en una de estas proteínas, producida por una anémona (Actinia fragacea) que podemos encontrar en prácticamente cualquier costa española cuando baja la marea. Un trabajo que ha sido realizado en estrecha colaboración con los grupos de Víctor Guallar (Barcelona Supercomputing Center, BSC) y Manuel Ferrer (Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC).

Empleando un programa desarrollado por el grupo del BSC, denominado Protein Energy Landscape Exploration (PELE), se utilizó un modelo computacional para añadir, virtualmente, los aminoácidos necesarios para que la proteína fuera capaz de degradar PET. Este diseño se llevó a la realidad, construyendo dos versiones artificiales de las proteínas de anémona que, efectivamente, tenían la actividad enzimática prevista.

La configuración estructural resultante de estas proteínas resultó ser muy similar a la de una enzima natural que se encuentra en la bacteria Ideonella sakaiensis, descubierta en una planta de reciclaje de envases en Japón.

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.

Reciclaje en condiciones naturales

Nuestro estudio demuestra que, en condiciones de temperatura ambiente (30 °C), la proteína modificada, cuando se ensambla en nanoporos, facilita eficazmente 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.

Los enfoques alternativos, que utilizan otras PETasas de referencia, a menudo requieren temperaturas superiores a 70 °C para conseguir que el plástico sea más flexible, más moldeable, algo que contribuye a elevar las emisiones de CO₂. Además, la versatilidad de la proteína que hemos usado nosotros permite la adición y prueba de nuevos elementos catalíticos y combinaciones.

Nuestro objetivo a más largo plazo es aprovechar el potencial de los nanoporos basados en proteínas que se encuentran en la naturaleza y aprovechar la supercomputación para crear diseños innovadores que promuevan un entorno libre de plástico y avances en la economía circular de base biológica.

Fuente:
The Conversation