Un equipo del Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC) y del Instituto de Química Avanzada de Cataluña (IQAC-CSIC) ha identificado los mecanismos moleculares que impiden la degradación enzimática del PET en su forma cristalina. El principal problema es el elevado coste energético necesario para que la cadena del polímero encaje en el centro activo de la enzima cuando las moléculas están fuertemente ordenadas. 

El PET es uno de los plásticos más producidos del mundo y está presente en aplicaciones de gran consumo como botellas de agua y fibras de poliéster. Durante las dos últimas décadas, la investigación ha avanzado en el desarrollo de enzimas conocidas como PETasas, capaces de descomponer este material en sus componentes originales. Sin embargo, su rendimiento ha sido mucho mayor sobre el PET amorfo, una fracción más blanda y desordenada, que sobre el PET cristalino, habitual en productos comerciales por su mayor resistencia. La investigación del CSIC explica ahora qué ocurre a escala atómica cuando una enzima intenta actuar sobre esas estructuras rígidas. 

Según el estudio, el bloqueo no se debe únicamente a que la enzima no encuentre la posición adecuada para realizar el corte químico. El obstáculo clave es el alto esfuerzo energético necesario para que la enzima pueda alojar la cadena polimérica en su centro activo cuando el material tiene una organización molecular muy compacta. Para llegar a esta conclusión, el equipo ha combinado datos experimentales sobre la conformación de las cadenas de plástico con simulaciones computacionales de alta precisión. Este enfoque ha permitido observar cómo la enzima se une a pequeños fragmentos de PET y calcular el esfuerzo energético requerido en el proceso. 

"Nuestros resultados demuestran que, aunque la enzima es teóricamente capaz de alcanzar la posición correcta para realizar el corte químico tanto en el plástico blando como en el cristalino, el coste energético para lograrlo en este último es prohibitivo", señala Francesco Colizzi, investigador del ICM y del IQAC y autor responsable del trabajo. El estudio añade otra dificultad para escalar comercialmente el reciclaje enzimático del PET. En la estructura cristalina, las cadenas del polímero están tan empaquetadas que la enzima no dispone de la fuerza mecánica necesaria para separarlas, aislarlas y procesarlas. "Es como intentar desatar un nudo que está demasiado apretado; aunque sepas por dónde pasa la cuerda, no puedes ni empezar a moverla", explica Colizzi. 

El avance no se limita a describir una barrera técnica. Al identificar que la limitación es estructural y energética, la investigación ofrece una orientación concreta para el rediseño de las PETasas mediante ingeniería de proteínas. El objetivo sería desarrollar enzimas capaces de lidiar con la rigidez del PET cristalino sin depender de pretratamientos químicos o térmicos, que pueden resultar costosos y contaminantes. Ania Di Pede-Mattatelli, investigadora del ICM-CSIC y primera autora del estudio, subraya la importancia de este conocimiento para la escalabilidad industrial del reciclaje enzimático. "Este conocimiento es fundamental si queremos que el reciclaje enzimático pase del laboratorio a la industria a gran escala. Si logramos diseñar enzimas que superen estas barreras de energía, estaremos mucho más cerca de una verdadera economía circular donde las botellas viejas puedan transformarse en botellas nuevas de la misma calidad, una y otra vez", señala.

El equipo trabaja ya con socios internacionales para aplicar estos modelos computacionales al desarrollo de variantes enzimáticas más potentes. La meta es crear un catálogo de biocatalizadores optimizados para diferentes tipos de residuos plásticos, con menor huella de carbono y capacidad para competir con la producción de plástico virgen derivado del petróleo. Esta investigación supone un cambio de enfoque para la biotecnología aplicada al plástico, ya que no se trata solo de identificar qué enzimas funcionan, sino de comprender por qué fallan ante determinados materiales. 

En 2019, CARBIOS anunció que había producido las primeras botellas de PET con ácido tereftálico 100% purificado (rPTA), obtenido a través del reciclaje enzimático de residuos PET postconsumo. A finales de 2020, fabricó las primeras botellas de plástico transparente a partir de residuos textiles, un hito que da acceso a un flujo adicional de hasta 42 millones de Tms. anuales y facilita el reciclaje infinito de plásticos y textiles a base de PET. 

En 2022, el Banco Europeo de Inversiones (BEI) concedió 30 millones de euros de financiación al reciclaje enzimático de PET, al considerar a esta tecnología “disruptiva” y con “potencial para abordar la creciente preocupación por la acumulación de desechos plásticos”. 

CARBIOS y ZHINK GROUP proyectan construir una planta de biorreciclaje de PET en China que procesará más de 50.000 Tms/año de residuos plásticos mediante despolimerización enzimática y que supondrá la entrada de CARBIOS en el mayor mercado mundial de PET.