Credito:Unsplash/CC0 di dominio pubblico
I ricercatori del Manchester Institute of Biotechnology (MIB) hanno sviluppato una nuova piattaforma di ingegneria enzimatica per migliorare gli enzimi di degradazione della plastica attraverso l'evoluzione diretta.
Per illustrare l'utilità della loro piattaforma, hanno progettato un enzima in grado di degradare con successo il poli(etilene) tereftalato (PET), la plastica comunemente usata nelle bottiglie di plastica.
Negli ultimi anni, il riciclaggio enzimatico della plastica è emerso come una strategia attraente e rispettosa dell'ambiente per aiutare ad alleviare i problemi associati ai rifiuti di plastica. Sebbene esistano numerosi metodi per riciclare la plastica, gli enzimi potrebbero potenzialmente offrire un'alternativa più economica ed efficiente dal punto di vista energetico. Inoltre, potrebbero essere utilizzati per scomporre selettivamente componenti specifici dei flussi misti di rifiuti di plastica che sono attualmente difficili da riciclare utilizzando le tecnologie esistenti.
Sebbene sia promettente come tecnologia, ci sono notevoli ostacoli che devono essere superati affinché il riciclaggio enzimatico della plastica sia ampiamente utilizzato su scala commerciale. Una sfida, ad esempio, è che gli enzimi naturali con la capacità di scomporre la plastica in genere sono meno efficaci e sono instabili nelle condizioni necessarie per un processo su scala industriale.
Per affrontare queste limitazioni, in un documento pubblicato oggi su Nature Catalysis , i ricercatori dell'Università di Manchester hanno segnalato una nuova piattaforma di ingegneria enzimatica in grado di migliorare rapidamente le proprietà degli enzimi di degradazione della plastica per renderli più adatti al riciclaggio della plastica su larga scala. La loro piattaforma integrata e automatizzata può valutare con successo la capacità di degradazione della plastica di circa 1000 varianti di enzimi al giorno.
La dott.ssa Elizabeth Bell, che ha guidato il lavoro sperimentale al MIB, afferma che "l'accumulo di plastica nell'ambiente è una grande sfida globale. Per questo motivo, desideravamo utilizzare le nostre capacità di evoluzione degli enzimi per migliorare le proprietà di degradazione della plastica enzimi per aiutare ad alleviare alcuni di questi problemi. Speriamo che in futuro la nostra piattaforma scalabile ci consentirà di sviluppare rapidamente enzimi nuovi e specifici adatti all'uso nei processi di riciclaggio della plastica su larga scala".
Per testare la loro piattaforma, hanno sviluppato un nuovo enzima, HotPETase, attraverso l'evoluzione diretta di IsPETase. IsPETase è un enzima recentemente scoperto prodotto dal batterio Ideonella sakaiensis, che può utilizzare il PET come fonte di carbonio ed energia.
Mentre IsPETase ha la capacità naturale di degradare alcune forme semicristalline di PET, l'enzima è instabile a temperature superiori a 40°C, molto al di sotto delle condizioni di processo desiderabili. Questa bassa stabilità significa che le reazioni devono essere eseguite a temperature inferiori alla temperatura di transizione vetrosa del PET (~65°C), il che porta a bassi tassi di depolimerizzazione.
Per affrontare questa limitazione, il team ha sviluppato un enzima termostabile, HotPETase, che è attivo a 70°C, che è al di sopra della temperatura di transizione vetrosa del PET. Questo enzima può depolimerizzare il PET semicristallino più rapidamente rispetto agli enzimi precedentemente riportati e può decostruire selettivamente il componente PET di un materiale da imballaggio laminato, evidenziando la selettività che può essere raggiunta dal riciclo enzimatico.
Il professor Anthony Green, docente di chimica organica, afferma che "lo sviluppo di HotPETase illustra bene le capacità della nostra piattaforma di ingegneria enzimatica. Siamo ora entusiasti di lavorare con ingegneri di processo e scienziati dei polimeri per testare il nostro enzima in applicazioni del mondo reale. Andando avanti, speriamo che la nostra piattaforma si riveli utile per lo sviluppo di enzimi più efficienti, stabili e selettivi per il riciclaggio di un'ampia gamma di materiali plastici".
Lo sviluppo di robusti enzimi di degradazione della plastica come HotPETase, insieme alla disponibilità di una piattaforma di ingegneria enzimatica versatile, danno un contributo importante allo sviluppo di una soluzione biotecnologica alla sfida dei rifiuti di plastica. Per portare avanti questa promettente tecnologia sarà ora necessario uno sforzo collaborativo e multidisciplinare che coinvolga biotecnologi, ingegneri di processo e scienziati dei polimeri di tutte le comunità accademiche e industriali. Con il mondo che deve affrontare un problema di rifiuti sempre crescente, la biotecnologia potrebbe fornire una soluzione ambientalmente sostenibile. + Esplora ulteriormente
