Descripción
Proyecto PLEC2021-007690 financiado por MICIU/AEI/10.13039/501100011033 y por la Unión Europea NextGenerationEU/PRTR.
La sostenibilidad de los materiales plásticos requiere alcanzar un origen renovable y naturaleza reciclable. Desafortunadamente, ambas condiciones están lejos de ser alcanzadas por la industria actual. En el sector de poliésteres, el PET (poli[etilen-terephthalato]), uno de los plásticos más utilizados, es de origen petroquímico. Afortunadamente, el PEF (poli[etilen-furandicarboxilato]) se está perfilando como una alternativa biobasada al PET. La biocatálisis enzimática puede contribuir a la viabilidad industrial y medioambiental de los bioplásticos con tecnologías de última generación para la síntesis y el reciclado de sus precursores y polímeros. Para el PEF y otros polímeros, se pueden diseñar enzimas de tipo esterasa para reacciones de despolimerización específicas. Además, se pueden usar enzimas de tipo oxidasa como alternativas selectivas y ambientalmente amigables para convertir el HMF (5-hidroximetilfurfural) obtenido de la biomasa en FDCA (ácido 2,5-furandicarboxílico) como precursor del PEF.
A pesar de este potencial, algunas de las enzimas más relevantes disponibles -como oxidasas de HMF y poliesterasas- no son óptimas para oxidar o hidrolizar compuestos de tipo plástico (ya que evolucionaron para actuar sobre sus equivalentes naturales). Por tanto, se requiere aplicar la ingeniería de proteínas para optimizarlas en términos de especificidad de sustrato y de condiciones operacionales. Su diseño racional será posible si se basa en simulaciones computacionales extensivas del acceso, acomodo y reacción de los sustratos en el centro activo de las enzimas. Estos estudios requieren software avanzado, que simula la unión de las proteínas y sus ligandos, que se combinará con "datasets" de las enzimas relevantes, y modelos predictivos obtenidos por "machine learning" y otras técnicas.
Algunas enzimas comerciales, como catalasas y lipasas, podrán ser usadas directamente dado el amplio repertorio disponible. Sin embargo, la producción de enzimas nuevas o variantes mejoradas de las enzimas clave (oxidasas de HMF y esterasas) tendrán que ser optimizada mediante expresión heteróloga, adecuadas tecnologías de fermentación e intensificación de los procesos. Finalmente, los procesos biotecnológicos para la producción de polímeros (a partir de FDCA) y sus precursores (a partir de HMF) serán también optimizados en cuanto a condiciones de reacción y procesos "downstream". De esta forma, se espera conseguir mejoras industriales y medioambientales (relacionadas con mayor especificidad y condiciones de reacción más suaves) mediante el uso de enzimas y bioprocesos optimizados para la biosíntesis y despolimerización de estos bioplásticos.
FURENPOL combina los actores necesarios para completar estos estudios, en un consorcio con representantes de la Investigación y la Industria en los sectores de la Biotecnología y los Plásticos. Los primeros incluyen al coordinador CSIC (grupos de Biotecnología para la Biomasa Lignocelulósica y Sistemas Microbianos e Ingeniería de Proteínas del CIB) con experiencia en enzimas industriales, al Centro Nacional de Supercomputación (BSC, grupo de Modelado Electrónico y Atómico de Proteínas) que aporta sus facilidades de supercomputación, y a la UAB (departamento de Ingeniería Química, Biológica y Ambiental, y Planta Piloto) encargado de optimizar la producción de enzimas y la reacciones clave, junto con la empresa NostrumBioDiscovery (NBD), que aportará su experiencia en el diseño de proteínas para su uso comercial (en este caso en el sector del plástico) y la valorización de la biotecnología. La evaluación de las aplicaciones para la síntesis enzimática y el reciclado de los precursores y polímeros plásticos será llevado a cabo por el Instituto Tecnológico del Plástico AIMPLAS (departamento de Tecnología Química y otros) que actuara como enlace con las empresas UNEMSA (interesada en adhesivos furánicos), ACTECO (una compañía de reciclado de plásticos) y la anteriormente mencionada NBD.
Miembros