Enzima comedora de plástico pode eliminar bilhões de toneladas de resíduos de aterros sanitários

Uma variante de enzima criada por engenheiros e cientistas da Universidade do Texas em Austin pode quebrar plásticos que estrangulam o meio ambiente que normalmente levam séculos para se degradar em questão de horas ou dias.

Esta descoberta, publicada na Nature , pode ajudar a resolver um dos problemas ambientais mais prementes do mundo: o que fazer com os bilhões de toneladas de resíduos plásticos que se acumulam em aterros sanitários e poluem nossas terras naturais e água. A enzima tem o potencial de sobrecarregar a reciclagem em larga escala, o que permitiria que as principais indústrias reduzissem seu impacto ambiental recuperando e reutilizando plásticos em nível molecular.

“As possibilidades são infinitas em todos os setores para alavancar esse processo de reciclagem de ponta”, disse Hal Alper, professor do Departamento de Engenharia Química McKetta da UT Austin. “Além da óbvia indústria de gerenciamento de resíduos, isso também oferece às empresas de todos os setores a oportunidade de liderar a reciclagem de seus produtos. Por meio dessas abordagens enzimáticas mais sustentáveis, podemos começar a vislumbrar uma verdadeira economia circular de plásticos”.

O projeto se concentra no tereftalato de polietileno (PET), um polímero significativo encontrado na maioria das embalagens de consumo, incluindo embalagens de biscoitos, garrafas de refrigerante, embalagens de frutas e saladas e certas fibras e tecidos. Representa 12% de todo o lixo global.

A enzima foi capaz de completar um “processo circular” de quebrar o plástico em partes menores (despolimerização) e depois juntá-lo quimicamente (repolimerização). Em alguns casos, esses plásticos podem ser totalmente decompostos em monômeros em menos de 24 horas.

Pesquisadores da Escola de Engenharia Cockrell e da Faculdade de Ciências Naturais usaram um modelo de aprendizado de máquina para gerar novas mutações em uma enzima natural chamada PETase, que permite que as bactérias degradem plásticos PET. O modelo prevê quais mutações nessas enzimas atingiriam o objetivo de despolimerizar rapidamente resíduos plásticos pós-consumo em baixas temperaturas.

Por meio desse processo, que incluiu o estudo de 51 embalagens plásticas pós-consumo diferentes, cinco tecidos e fibras de poliéster diferentes e garrafas de água, todas feitas de PET, os pesquisadores comprovaram a eficácia da enzima, que estão chamando de FAST-PETase (funcional, ativa, PETase estável e tolerante).

“Este trabalho realmente demonstra o poder de reunir diferentes disciplinas, da biologia sintética à engenharia química e à inteligência artificial”, disse Andrew Ellington, professor do Centro de Sistemas e Biologia Sintética, cuja equipe liderou o desenvolvimento do modelo de aprendizado de máquina.

A reciclagem é a maneira mais óbvia de reduzir o desperdício de plástico. Mas globalmente, menos de 10% de todo o plástico foi reciclado. O método mais comum para descartar o plástico, além de jogá-lo em um aterro, é queimá-lo, que é caro, consome muita energia e lança gases nocivos no ar. Outros processos industriais alternativos incluem processos muito intensivos em energia de glicólise, pirólise e/ou metanólise.

As soluções biológicas consomem muito menos energia. A pesquisa sobre enzimas para reciclagem de plástico avançou nos últimos 15 anos. No entanto, até agora, ninguém havia conseguido descobrir como fazer enzimas que pudessem operar eficientemente em baixas temperaturas para torná-las portáteis e acessíveis em grande escala industrial. O FAST-PETase pode realizar o processo a menos de 50 graus Celsius.

Em seguida, a equipe planeja trabalhar na ampliação da produção de enzimas para se preparar para aplicação industrial e ambiental. Os pesquisadores registraram um pedido de patente para a tecnologia e estão de olho em vários usos diferentes. A limpeza de aterros sanitários e o esverdeamento de indústrias com alta produção de resíduos são as mais óbvias. Mas outro uso potencial importante é a remediação ambiental. A equipe está analisando várias maneiras de colocar as enzimas em campo para limpar locais poluídos.

“Ao considerar aplicações de limpeza ambiental, você precisa de uma enzima que possa funcionar no ambiente à temperatura ambiente. Esse requisito é onde nossa tecnologia tem uma enorme vantagem no futuro”, disse Alper.

Alper, Ellington, professor associado de engenharia química Nathaniel Lynd e Hongyuan Lu, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Alper, lideraram a pesquisa. Danny Diaz, membro do laboratório de Ellington, criou o modelo de aprendizado de máquina. Outros membros da equipe incluem da engenharia química: Natalie Czarnecki, Congzhi Zhu e Wantae Kim; e de biociências moleculares: Daniel Acosta, Brad Alexander, Hannah O. Cole, Yan Jessie Zhang e Raghav Shroff. O trabalho foi financiado pela divisão de pesquisa e engenharia da ExxonMobil como parte de um acordo de pesquisa em andamento com a UT Austin.