Una enzima de ingeniería innovadora impulsa el reciclaje de botellas de PET y fibras mezcladas a temperaturas moderadas.

Un equipo dirigido por el profesor Akihiko Nakamura, del Instituto de Investigación de Ciencia y Tecnología Verdes de la Universidad de Shizuoka, en colaboración con Kirin Holdings Co., Ltd., el Instituto de Ciencias Moleculares y la Universidad de Osaka, ha diseñado una novedosa hidrolasa de PET, denominada PET2-21M. Esta enzima presenta un rendimiento significativamente mejorado para despolimerizar tereftalato de polietileno (PET) de grado embotellado, uno de los plásticos más utilizados a nivel mundial, con un consumo energético relativamente bajo.

Superando las limitaciones del reciclaje tradicional

El reciclaje mecánico convencional de PET suele degradar la calidad del material y es especialmente ineficaz para textiles mixtos como PET/algodón y PET/poliuretano (PU). El reciclaje químico ofrece resultados de alta pureza, pero suele requerir condiciones rigurosas y reactivos peligrosos. Por el contrario, el reciclaje enzimático ofrece una solución más sostenible, ya que opera en condiciones acuosas más suaves y recupera los monómeros originales para su reutilización circular.

Ingeniería de la familia de enzimas PET2

Los investigadores mejoraron la enzima PET2 natural combinando mutagénesis aleatoria y dirigida, añadiendo mutaciones beneficiosas y modificaciones estructurales inspiradas en la HotPETasa. La variante resultante, PET2-14M-6Hot, demostró una fuerte actividad contra fibras mezcladas complejas. Una optimización posterior produjo PET2-21M, que alcanzó una eficiencia 28,6 veces mayor que la PET2 original en las pruebas iniciales.

Alta eficiencia a temperaturas moderadas

En experimentos a mayor escala con un reactor de 300 mL, el PET2-21M degradó el 95 % del polvo de PET comercial para botellas (20 g/L) en 24 horas a 60 °C, mientras que la enzima de referencia LCC-ICCG, ampliamente estudiada, requirió 72 °C para un rendimiento similar. Incluso reduciendo la carga enzimática a la mitad, el PET2-21M mantuvo una eficiencia de degradación de aproximadamente el 50 %, casi el doble que la LCC-ICCG en las mismas condiciones.

Para el reciclaje de residuos textiles, PET2-14M-6Hot superó a LCC-ICCG en la degradación de fibras de PET, mezclas de PET/algodón (65/35 % en peso) y textiles de PET/PU (85/15 % en peso), mostrando una actividad particularmente fuerte a temperaturas más bajas donde las mezclas de PU son difíciles de procesar.

Producción escalable

Tanto PET2-21M como PET2-14M-6Hot se produjeron con éxito a gran escala utilizando la levadura Komagataella phaffii, alcanzando altos rendimientos de expresión sin problemas relacionados con la glicosilación, lo que demuestra su preparación para una posible aplicación industrial.

Impacto y perspectivas futuras

Estas enzimas diseñadas allanan el camino para un reciclaje de PET energéticamente eficiente, rentable y sostenible a escala industrial, en particular para mezclas textiles que antes presentaban dificultades. Las investigaciones futuras buscan mejorar aún más la eficiencia a temperaturas de reacción aún más bajas y ampliar su aplicabilidad a residuos poliméricos más complejos, acelerando así la transición hacia una economía circular de los plásticos.

Fuente: ACS Química e Ingeniería Sostenible (DOI: 10.1021/acssuschemeng.5c01602)