La variante enzimatica creata da ingegneri e scienziati dell’Università del Texas ad Austin nel giro di poche ore o giorni può abbattere la plastica che riduce l’ambiente e che in genere impiega secoli per degradarsi.
La scoperta pubblicata nella rivista Nature, potrebbe aiutare a risolvere uno dei problemi ambientali più urgenti del mondo: cosa fare con i miliardi di tonnellate di rifiuti di plastica che si accumulano nelle discariche e inquinano le nostre terre naturali e l’acqua. L’enzima ha il potenziale per rafforzare il riciclaggio su larga scala, consentirebbe alle principali industrie di ridurre il proprio impatto ambientale recuperando e riutilizzando la plastica a livello molecolare.
Hal Alper, professore presso il Dipartimento di ingegneria chimica McKetta dell’Università del Texas ad Austin, ha affermato:
«Le possibilità sono infinite in tutti i settori per sfruttare questo processo di riciclaggio all’avanguardia, oltre all’ovvio settore della gestione dei rifiuti, offre anche alle aziende di ogni settore l’opportunità di assumere un ruolo guida nel riciclaggio dei loro prodotti. Attraverso questi metodi enzimatici più sostenibili, possiamo iniziare a immaginare una vera economia circolare della plastica».
Il progetto si concentra sul polietilene tereftalato (PET), un polimero importante che si trova nella maggior parte degli imballaggi di consumo, inclusi contenitori per biscotti, bottiglie di bibite gassate, imballaggi per frutta e insalata e alcune fibre e tessuti. Costituisce il 12% di tutti i rifiuti globali.
L’enzima è stato in grado di completare un “processo circolare” di scomposizione della plastica in parti più piccole (depolimerizzazione) e quindi di rimonta chimica (ripolimerizzazione), in alcuni casi, queste plastiche in appena 24 ore possono essere completamente scomposte in monomeri.
I ricercatori della Cockrell School of Engineering e del College of Natural Sciences hanno utilizzato un modello di apprendimento automatico per generare nuove mutazioni in un enzima naturale chiamato PETasi che consente ai batteri di degradare la plastica PET. Il modello prevede quali mutazioni in questi enzimi raggiungerebbero l’obiettivo di depolimerizzare rapidamente a basse temperature la plastica di scarto post-consumo.
I ricercatori attraverso questo processo, che ha incluso lo studio di 51 diversi contenitori di plastica post-consumo, cinque diverse fibre e tessuti di poliestere e bottiglie d’acqua tutte realizzate in PET, hanno dimostrato l’efficacia dell’enzima, che stanno chiamando FAST-PETasi (PETasi funzionale, attiva, stabile e tollerante).
Andrew Ellington, professore presso il Center for Systems and Synthetic Biology il cui team ha guidato lo sviluppo del modello di apprendimento automatico, ha affermato:
«Questo lavoro dimostra davvero il potere di riunire diverse discipline, dalla biologia sintetica, all’ingegneria chimica e all’intelligenza artificiale».
Il riciclaggio è il modo più ovvio per ridurre i rifiuti di plastica, ma a livello globale, meno del 10% di tutta la plastica è stata riciclata. Il metodo più comune per smaltire la plastica, oltre a gettarla in una discarica, è bruciarla, ma è costoso, ad alta intensità energetica e sprigiona gas nocivi nell’aria; altri metodi industriali alternativi includono processi di glicolisi, pirolisi e/o metanolisi (riciclo circolare dei poliesteri in grado di far sì che gli scarti di materiale possano essere depolimerizzati in modo da ritornare alla resina base, riutilizzabile per produrre polimeri a base poliestere) ad alta intensità energetica.
Le soluzioni biologiche richiedono poca energia. La ricerca sugli enzimi per il riciclaggio della plastica è progredita negli ultimi 15 anni, tuttavia, fino ad ora, nessuno era stato in grado di capire come produrre enzimi che potessero funzionare in modo efficiente a basse temperature per renderli sia portatili sia convenienti su larga scala industriale. FAST-PETase può eseguire il processo a meno di 50° C.
Il team di ricercatori successivamente prevede di lavorare per aumentare la produzione di enzimi per prepararsi all’applicazione industriale e ambientale, hanno depositato una domanda di brevetto per la tecnologia e stanno osservando diversi usi. Ripulire le discariche e rendere più ecologiche le industrie ad alta produzione di rifiuti sono le più ovvie, ma un altro potenziale utilizzo chiave è il risanamento ambientale. Il team sta esaminando diversi modi per portare gli enzimi sul campo per ripulire i siti inquinati.
Hal Alper ha affermato:
«Quando si considerano le applicazioni di pulizia ambientale, è necessario un enzima che possa funzionare a temperatura ambiente, questo requisito è il punto in cui la nostra tecnologia avrà un enorme vantaggio in futuro».
