Ingeniería asistida por aprendizaje automático de hidrolasas para la despolimerización de PET

Área de la Ciencia:

• Biotecnología
• Ciencias de los Polímeros
• Ciencias del medio ambiente

Sus antecedentes:

• Los residuos plásticos, en particular el politereftalato de etileno (PET), presentan un importante desafío ecológico.
• La degradación enzimática ofrece un enfoque prometedor, ecológico y escalable para el reciclaje de residuos de PET.
• Las hidrolasas de PET existentes se enfrentan a limitaciones en cuanto a robustez, velocidades de reacción y uso directo de plásticos sin tratar.

Objetivo del estudio:

• Diseñar una hidrolasa de PET robusta y altamente activa utilizando el aprendizaje automático basado en la estructura.
• Desarrollar una PETasa funcional, activa, estable y tolerante (FAST-PETasa) para una degradación eficiente del PET.
• Demostrar la viabilidad de FAST-PETase para el reciclaje enzimático de plástico a escala industrial.

Principales métodos:

• Empleó un algoritmo de aprendizaje automático basado en la estructura para diseñar una nueva hidrolasa de PET.
• Se introdujeron cinco mutaciones específicas (N233K/R224Q/S121E y D186H/R280A) para crear FAST-PETasa.
• Se evaluó la actividad de la FAST-PETasa a varias temperaturas (3050°C) y niveles de pH, y se probó su eficacia en diversos productos de PET y botellas de agua postconsumo.

Principales resultados:

• La FAST-PETasa modificada exhibe una actividad hidrolítica de PET superior en comparación con el tipo salvaje y otras enzimas modificadas.
• La FAST-PETasa degradó efectivamente el PET no tratado después del consumo de 51 productos diferentes en una semana.
• Se ha demostrado un proceso de reciclaje de PET en circuito cerrado mediante la despolimerización del PET y la resíntesis de monómeros en un nuevo PET.

Conclusiones:

• La FAST-PETasa representa un avance significativo en la degradación enzimática del PET, superando las limitaciones de las hidrolasas anteriores.
• La enzima diseñada muestra una alta eficiencia y robustez, adecuada para su aplicación directa en residuos plásticos no tratados.
• Este estudio valida una vía viable de reciclaje enzimático a escala industrial para el PET, que contribuye a una economía circular del carbono.