Descobreixen els obstacles moleculars que dificulten el reciclatge total de les ampolles de plàstic

Investigadors de l’Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) i de l’Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC-CSIC) han descobert per què és difícil la degradació d'un dels plàstics més fabricats del món, el polietilè tereftalat (PET), quan es troba en la seva forma cristal·lina. En aquesta forma, les cadenes estan tan empaquetades que l'enzim no té la força mecànica necessària per aïllar-les i processar-les. Segons els investigadors, el problema rau en la quantitat ingent d'energia perquè l'enzim encaixi amb les cadenes de polímer quan aquestes estan extremadament compactes.

D'acord amb l'estudi, publicat a la revista 'The Journal of Physical Chemistry Letters', fins i tot els enzims més avançats tenen dificultats per tallar completament els plàstics de les ampolles d'aigua o les fibres de polièster. El PET és un dels plàstics més fabricats al món, present en milions de tones de residus que acaben en abocadors o a l'oceà.

Tot i que la ciència fa dues dècades que perfecciona enzims per descompondre aquest material en els seus components originals, la majoria només funcionen de forma eficient sobre la porció més tova. No obstant això, els productes comercials acostumen a contenir un alt grau de cristal·linitat, amb les molècules molt ordenades, fet que permet fer un plàstic més resistent, però que es converteix en un problema per a la degradació biològica. D'acord amb els investigadors, els resultats de l'estudi fan palesa la necessitat de dissenyar  noves eines biotecnològiques per a un reciclatge circular i més sostenible, reduint la dependència dels recursos fòssils.

Per a l'elaboració del treball, l'equip científic ha combinat l'anàlisi de dades experimentals sobre la forma de les cadenes de plàstic amb simulacions computacionals d'alta precisió. Aquestes simulacions han permès observar com l'enzim s'uneix a petits fragments de plàstic i mesurar l'esforç energètic d'aquest procés.

"Els nostres resultats demostren que, encara que l'enzim és teòricament capaç d'assolir la posició correcta per realitzar el tall químic tant en el plàstic tou com en el cristal·lí, el cost energètic per aconseguir-ho en aquest últim és prohibitiu", explica l'investigador de l'ICM i de l'IQAC Francesco Colizzi, autor responsable del treball.

L'estudi detalla que, per al PET cristal·lí, no només es necessita molta més energia perquè la cadena encaixi en el centre actiu de l'enzim, sinó que a més es requereix un esforç addicional per separar les cadenes de plàstic entre si. "És com intentar desfer un nus que està massa estret; encara que sàpigues per on passa la corda, no pots ni començar a moure-la", afegeix Colizzi.

Modificar l'arquitectura dels enzims

Els resultats, que mostren que la limitació és estructural i energètica, obren la porta a buscar solucions que resolguin el problema. D'acord amb els investigadors, es podria intentar modificar l'arquitectura dels enzims existents. "Si aconseguim dissenyar enzims que superin aquestes barreres d'energia, estarem molt més a prop d'una verdadera economia circular on les ampolles velles puguin transformar-se en ampolles noves de la mateixa qualitat, una vegada i una altra", apunta Ania Di Pede-Mattatelli, investigadora de l'ICM-CSIC i primera autora de l'estudi.