Un enzima che mangia plastica: speranza per il riciclaggio e la lotta all'inquinamento

I ricercatori hanno identificato e modificato un enzima in grado di digerire e consumare alcune delle plastiche più inquinanti, offrendo una speranza per il riciclo e la lotta all'inquinamento.

L'inquinamento da plastica rappresenta la più grande sfida ambientale a livello globale e una soluzione ottimale a questo problema rimane ancora da trovare. La maggior parte della plastica è prodotta a partire da petrolio o gas naturale, risorse non rinnovabili che vengono estratte e lavorate con tecniche ad alta intensità energetica. Pertanto, la loro produzione è di per sé molto dannosa per gli ecosistemi fragili. La distruzione della plastica (principalmente tramite incenerimento) causa inquinamento dell'aria, dell'acqua e del suolo . Circa il 79% della plastica prodotta negli ultimi 70 anni è stata smaltita in discarica o dispersa nell'ambiente, mentre solo il 9% circa viene riciclato e il resto incenerito. Questo processo di incenerimento espone i lavoratori vulnerabili a sostanze chimiche tossiche, tra cui sostanze cancerogene. Si stima che gli oceani contengano circa 51 trilioni di microparticelle di plastica, che stanno lentamente decimando la vita marina. Alcune di queste microparticelle vengono disperse nell'aria, causando inquinamento , ed è concreto il rischio che le inaliamo. Negli anni '60 nessuno avrebbe potuto prevedere che l'avvento e la diffusione della plastica si sarebbero un giorno trasformati in un problema, con enormi quantità di rifiuti plastici che galleggiano nei nostri splendidi oceani, nell'aria e vengono scaricati sulle nostre preziose terre.

Gli imballaggi in plastica rappresentano la minaccia maggiore e l'uso più inquinante della plastica. Il problema è che i sacchetti di plastica sono ovunque, utilizzati per qualsiasi scopo e non c'è alcun controllo sul loro utilizzo. Questo tipo di plastica sintetica non è biodegradabile, ma si accumula nelle discariche, contribuendo all'inquinamento ambientale . Sono state lanciate iniziative per un "divieto totale della plastica", soprattutto del polistirene utilizzato negli imballaggi. Tuttavia, queste iniziative non stanno portando ai risultati sperati, poiché la plastica è ancora onnipresente sulla terra, nell'aria e nell'acqua, e la sua presenza è in continua crescita. Possiamo affermare con certezza che la plastica, pur non essendo sempre visibile a occhio nudo, è ovunque! È un peccato che non riusciamo ad affrontare il problema del riciclo e dello smaltimento di questo materiale plastico.

In uno studio pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences USA , i ricercatori hanno scoperto un noto enzima naturale in grado di nutrirsi di plastica. La scoperta è avvenuta per caso, durante l'analisi della struttura di un enzima rinvenuto in un impianto di riciclaggio in Giappone. Questo enzima, chiamato Ideonella sakaiensis 201-F6, è in grado di "mangiare" o "nutrirsi" di PET, una plastica brevettata utilizzata nella produzione di milioni di tonnellate di bottiglie di plastica. In pratica, l'enzima permette al batterio di degradare la plastica, utilizzandola come fonte di nutrimento. Attualmente non esistono soluzioni di riciclaggio per il PET e le bottiglie di plastica in PET persistono nell'ambiente per centinaia di anni. Questo studio, condotto da team dell'Università di Portsmouth e del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, ha suscitato grande speranza.

L'obiettivo iniziale era determinare la struttura cristallina tridimensionale di questo enzima naturale (chiamato PETasi) e utilizzare queste informazioni per comprenderne il funzionamento. A tal fine, è stato utilizzato un intenso fascio di raggi X – 10 miliardi di volte più luminoso del sole – per chiarire la struttura e visualizzare i singoli atomi. Questi fasci potenti hanno permesso di comprendere il funzionamento interno dell'enzima e hanno fornito le istruzioni precise per progettare enzimi più veloci ed efficienti. È emerso che la PETasi è molto simile a un altro enzima chiamato cutinasi, con la differenza che la PETasi presenta una caratteristica particolare e un sito attivo più "aperto", che si ritiene possa ospitare polimeri artificiali (anziché quelli naturali). Queste differenze hanno immediatamente suggerito che la PETasi potesse essere più evoluta, soprattutto in un ambiente contenente PET, e quindi in grado di degradarlo. È stata quindi indotta una mutazione nel sito attivo della PETasi per renderlo più simile alla cutinasi. Il risultato è stato del tutto inaspettato: la PETasi mutante è stata in grado di degradare il PET persino meglio della PETasi naturale. Pertanto, nel processo di comprensione e tentativo di migliorare la capacità dell'enzima naturale, i ricercatori hanno accidentalmente ingegnerizzato un nuovo enzima che si è rivelato persino più efficace di quello naturale nella degradazione della plastica PET . Questo enzima è in grado di degradare anche il polietilene furandicarbossilato (PEF), un sostituto di origine biologica della plastica PET. Ciò ha generato la speranza di poter affrontare altri substrati come il PEF (polietilene furanoato) o persino il PBS (polibutilene succinato). Gli strumenti per l'ingegneria e l'evoluzione enzimatica possono essere continuamente applicati per ulteriori miglioramenti. I ricercatori stanno studiando un modo per migliorare l'enzima in modo che la sua funzione possa essere integrata in un potente impianto industriale su larga scala. Il processo di ingegnerizzazione è molto simile a quello degli enzimi attualmente utilizzati nei detersivi biologici o nella produzione di biocarburanti. La tecnologia esiste e quindi la fattibilità industriale dovrebbe essere raggiungibile nei prossimi anni.

Sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere alcuni aspetti di questo studio. In primo luogo, l'enzima scompone i pezzi di plastica più grandi in pezzi più piccoli, quindi supporta il riciclaggio delle bottiglie di plastica, ma tutta questa plastica deve essere prima recuperata. Questa plastica "più piccola" una volta recuperata potrebbe essere utilizzata per trasformarle in bottiglie di plastica. L'enzima non può davvero "andare a trovare la plastica da solo" nell'ambiente. Un'opzione proposta potrebbe essere quella di piantare questo enzima in alcuni batteri che possono iniziare a scomporre la plastica a un ritmo più elevato pur resistendo alle alte temperature. Inoltre, l'impatto a lungo termine di questo enzima deve ancora essere compreso.

L'impatto di una soluzione così innovativa per affrontare il problema dei rifiuti di plastica sarebbe enorme su scala globale. Cerchiamo di risolvere il problema della plastica fin dalla sua comparsa. Sono state emanate leggi che vietano l'uso di plastica monouso e la plastica riciclata è ormai ovunque preferita. Anche piccoli provvedimenti come il divieto dei sacchetti di plastica nei supermercati hanno avuto ampia risonanza mediatica. Il punto è che dobbiamo agire in fretta se vogliamo preservare il nostro pianeta dall'inquinamento da plastica . Pur dovendo continuare ad adottare il riciclo nella nostra vita quotidiana e incoraggiare anche i nostri figli a farlo, abbiamo ancora bisogno di una valida soluzione a lungo termine che possa andare di pari passo con i nostri sforzi individuali. Questa ricerca segna un punto di partenza per affrontare uno dei maggiori problemi che affliggono il nostro pianeta .

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Fonte (s)

Harry P et al. 2018. Caratterizzazione e ingegnerizzazione di una poliesterasi aromatica in grado di degradare la plastica. Proceedings of the National Academy of Sciences. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115

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