Pesquisadores do Manchester Institute of Biotechnology (MIB) desenvolveram uma nova plataforma de engenharia enzimática para melhorar as enzimas de degradação de plástico por meio de evolução direcionada.
Para ilustrar a utilidade de sua plataforma, eles projetaram uma enzima que pode degradar com sucesso o poli(etileno) tereftalato (PET), o plástico comumente usado em garrafas plásticas.

Nos últimos anos, a reciclagem enzimática de plásticos surgiu como uma estratégia atraente e amiga do ambiente para ajudar a aliviar os problemas associados aos resíduos plásticos. Embora existam vários métodos existentes para a reciclagem de plásticos, as enzimas podem oferecer uma alternativa mais econômica e eficiente em termos de energia. Além disso, eles podem ser usados ​​para decompor seletivamente componentes específicos de fluxos de resíduos plásticos mistos que atualmente são difíceis de reciclar usando tecnologias existentes.

Embora promissora como tecnologia, existem obstáculos consideráveis ​​que precisam ser superados para que a reciclagem enzimática de plásticos seja amplamente utilizada em escala comercial. Um desafio, por exemplo, é que enzimas naturais com capacidade de quebrar plásticos normalmente são menos eficazes e instáveis ​​nas condições necessárias para um processo em escala industrial.

Para abordar essas limitações, em um artigo divulgado hoje na Nature Catalysis , pesquisadores da Universidade de Manchester relataram uma nova plataforma de engenharia de enzimas que pode melhorar rapidamente as propriedades das enzimas de degradação de plástico para ajudar a torná-las mais adequadas para a reciclagem de plástico em larga escala. Sua plataforma integrada e automatizada pode avaliar com sucesso a capacidade de degradação de plástico de cerca de 1.000 variantes de enzimas por dia.

A Dra. Elizabeth Bell, que liderou o trabalho experimental no MIB, diz que "o acúmulo de plástico no meio ambiente é um grande desafio global. Por esse motivo, queríamos usar nossas capacidades de evolução enzimática para melhorar as propriedades de degradação do plástico Enzimas para ajudar a aliviar alguns desses problemas. Esperamos que no futuro nossa plataforma escalável nos permita desenvolver rapidamente enzimas novas e específicas adequadas para uso em processos de reciclagem de plástico em grande escala."

Para testar sua plataforma, eles desenvolveram uma nova enzima, HotPETase, por meio da evolução direcionada da IsPETase. A IsPETase é uma enzima recentemente descoberta produzida pela bactéria Ideonella sakaiensis, que pode utilizar o PET como fonte de carbono e energia.

Embora a IsPETase tenha a capacidade natural de degradar algumas formas semicristalinas de PET, a enzima é instável em temperaturas acima de 40°C, muito abaixo das condições de processo desejáveis. Esta baixa estabilidade significa que as reações devem ser realizadas em temperaturas abaixo da temperatura de transição vítrea do PET (~65°C), o que leva a baixas taxas de despolimerização.

Para resolver essa limitação, a equipe desenvolveu uma enzima termoestável, HotPETase, que é ativa a 70°C, que está acima da temperatura de transição vítrea do PET. Essa enzima pode despolimerizar o PET semicristalino mais rapidamente do que as enzimas relatadas anteriormente e pode desconstruir seletivamente o componente PET de um material de embalagem laminado, destacando a seletividade que pode ser alcançada pela reciclagem enzimática.

O Professor Anthony Green, Professor de Química Orgânica, diz que "o desenvolvimento do HotPETase ilustra bem as capacidades de nossa plataforma de engenharia de enzimas. Agora estamos entusiasmados em trabalhar com engenheiros de processo e cientistas de polímeros para testar nossa enzima em aplicações do mundo real. esperamos que nossa plataforma seja útil para desenvolver enzimas mais eficientes, estáveis ​​e seletivas para a reciclagem de uma ampla variedade de materiais plásticos."

O desenvolvimento de enzimas robustas de degradação de plásticos, como HotPETase, juntamente com a disponibilidade de uma plataforma de engenharia de enzimas versátil, trazem importantes contribuições para o desenvolvimento de uma solução biotecnológica para o desafio dos resíduos plásticos. Para avançar essa tecnologia promissora, agora será necessário um esforço colaborativo e multidisciplinar envolvendo biotecnólogos, engenheiros de processo e cientistas de polímeros de todas as comunidades acadêmica e industrial. Com o mundo enfrentando um problema cada vez maior de resíduos, a biotecnologia pode fornecer uma solução ambientalmente sustentável. + Explorar mais

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