Enzimas para sintetizar y reciclar bioplásticos

El plástico es un material versátil con multitud de aplicaciones en nuestra vida cotidiana, algunas de las cuales aportan soluciones muy beneficiosas para nuestra sociedad y de las que difícilmente podemos prescindir. Sin embargo, la industria del plástico se encuentra actualmente en el punto de mira debido principalmente al origen petroquímico de sus materias primas, el enfoque tradicionalmente lineal que se ha dado a su manufactura (fabricar-utilizar-desechar) y la gestión asociada a los residuos que genera, con el consiguiente impacto medioambiental que todo esto conlleva.

Por su enorme volumen de producción, los plásticos se han convertido en una prioridad clave y estratégica dentro del Plan de Acción para la Economía Circular adoptado por la UE, con el foco puesto en sus sistemas de producción, utilización y reciclaje. Del mismo modo, abordar soluciones para conseguir una industria del plástico más sostenible en Europa, en términos de reducción de emisiones y disminución y/o reutilización de sus residuos, es fundamental para cumplir con los objetivos del Pacto Verde Europeo. Una de las estrategias más prometedoras es reemplazar las materias primas fósiles con otras de origen renovable con las que producir bioplásticos con menor huella de carbono que los plásticos tradicionales, a la par que obtener productos de naturaleza reciclable que permitan mejorar la circularidad de los procesos. En este contexto, el uso de biocatalizadores enzimáticos es una de las tecnologías de última generación que puede contribuir a la viabilidad industrial y medioambiental de los bioplásticos, facilitando la síntesis y el reciclado de sus precursores y polímeros.

Uno de los materiales plásticos más utilizados en los envases de bebidas y alimentos es el PET, un poliéster de origen petroquímico. Su alternativa biobasada más prometedora es el PEF, cuyo precursor puede obtenerse a partir de los azúcares presentes en la biomasa mediante una serie de transformaciones oxidativas. Actualmente existen ya enzimas de tipo “oxidasa” capaces de catalizar estas transformaciones, como alternativa más selectiva y respetuosa con el medioambiente que los métodos químicos disponibles. Por otro lado, se pueden diseñar enzimas hidrolíticas de tipo “esterasa” que catalicen reacciones de despolimerización específicas para el PEF y otros polímeros afines, lo que permitiría reciclar sus precursores para obtener nuevos materiales.

A pesar de este potencial, algunas de las enzimas más relevantes que conocemos para este tipo de reacciones evolucionaron para actuar sobre sustratos naturales, por lo que es necesario optimizarlas para oxidar o hidrolizar compuestos sintéticos de tipo plástico. En el proyecto colaborativo FURENPOL, coordinado por el Grupo de Biotecnología para la Biomasa Lignocelulósica del CIB Margarita Salas y en el que participan otros seis socios españoles, se investigan distintas estrategias para mejorar las propiedades de estos biocatalizadores mediante ingeniería de proteínas. Gracias al uso de software avanzado desarrollado por miembros del consorcio podemos explorar decenas de miles de secuencias en bases de datos, realizar extensas simulaciones computacionales sobre la colocación, movimiento e interacción de los sustratos en el centro activo de las enzimas, y hacer predicciones basadas en "machine learning" y otras técnicas. Estos análisis nos proporcionan una serie de candidatos potencialmente mejores, que se evalúan a nivel experimental en el laboratorio para comprobar que realmente poseen propiedades más adecuadas para las reacciones de interés que las enzimas conocidas. Otro de los objetivos del proyecto es aumentar la producción de los mejores biocatalizadores empleando tecnologías de fermentación e intensificación de los procesos, así como optimizar las reacciones enzimáticas para la obtención y reciclado de biopolímeros tipo PEF. Finalmente, los polímeros obtenidos serán evaluados en varias aplicaciones en el marco del proyecto. Mediante el uso de enzimas y bioprocesos optimizados para la biosíntesis y despolimerización de estos bioplásticos, esperamos conseguir mejoras industriales y medioambientales relevantes para el sector del plástico.

FURENPOL combina los actores necesarios para completar estos estudios, en un consorcio que cuenta con representantes de la Investigación y la Industria en los sectores de la Biotecnología y los Plásticos. Se trata de un proyecto financiado por la Agencia Estatal de Investigación con fondos NextGenerationEU, que da respuesta a la prioridad temática “Sostenibilidad de plásticos: síntesis, reciclaje y valorización” de la convocatoria de proyectos en Líneas Estratégicas de 2021. Además, FURENPOL forma parte del portfolio de proyectos englobados dentro de la plataforma temática interdisciplinar del CSIC sobre plásticos sostenibles, SusPlast, en la que participan varios miembros del consorcio.

FurEnPol (Furanic Enzymatic Polymers): “Síntesis y Reciclado Enzimático de Polímeros Furánicos Biobasados”, Proyecto PLEC2021-007690 financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y por la Unión Europea NextGenerationEU/PRTR