Depolymerization of polyethylene terephthalate by mutant variants of Ideonella sakaiensis PETase
Authors: García Mario D. 
Published: December 2024

Introducción

La depolimerización enzimática de PET es una tecnología prometedora para el reciclaje de residuos de PET. Es un proceso ecológico y sostenible que utiliza enzimas para descomponer el PET en sus monómeros, ácido tereftálico (TPA) y etilenglicol (EG). En los últimos años se han producido importantes avances en la depolimerización enzimática del PET. Uno de los avances más importantes es el descubrimiento de nuevas enzimas que degradan el PET, incluyendo la enaima PETasa de Ideonella sakaiensis. Estas enzimas son más eficientes y selectivas que las enzimas cutinasas de Fusarium solani o Thermobifida fusca, que fueron los primeros referentes para el tratamiento enzimático del PET, y pueden despolimerizar el PET a temperaturas y presiones más bajas. Otro avance importante es el desarrollo de nuevos métodos para mejorar la eficiencia de la despolimerización enzimática del PET. Estos métodos incluyen el tratamiento previo de los residuos de PET para hacerlos más accesibles a las enzimas y el uso de enzimas inmovilizadas para mejorar la estabilidad y la reutilización de las enzimas. Como resultado de estos avances, la despolimerización enzimática del PET se está convirtiendo en una opción más viable para el reciclaje de residuos de PET. Se trata de una tecnología prometedora que podría ayudar a reducir la cantidad de residuos de PET que acaban en los vertederos y en el medio ambiente.

Objetivos

El objetivo del presente estudio fue identificar variantes mutantes de la enzima PETasa de Ideonella sakaiensis con mayor termoestabilidad y actividad degradadora de PET

Método

Las variantes mutantes de la enzima PETasa de Ideonella sakaiensis fueron obtenidas mediante diseño racional de su sitio activo. Primeramente, se identificó residuos clave para la unión del sustrato a la enzima y se determinó posibles substituciones mediante análisis de homología de secuencia con enzimas cutinasas. Las posibles mutaciones se evaluaron mediante dinámica molecular y las substituciones que presentaron mejor afinidad hacia el PET, de acuerdo a la energía de Gibbs calculada para la unión del sustrato al sitio activo, fueron construidas mediante varias iteraciones de PCR mutagénica. Las enzimas fueron sobreexpresadas en Escherichia coli BL21 mediante el uso de vectores de expresión y fueron purificadas mediante cromatografía de afinidad. La actividad y termoestabilidad de las enzimas fueron evaluadas empleando films de PET obtenidos de botellas plásticas comerciales.

Principales resultados

Se desarrollaron seis nuevas variantes mutantes de la enzima PETasa de Ideonella sakaiensis que presentan mayor termoestabilidad y capacidad para degradar el PET. La termoestabilidad de las variantes mutantes se incrementó en aproximadamente 10 a 15 °C, mientras que la actividad de la enzima se incrementó en aproximadamente 3 veces con respecto a la enzima silvestre.

Conclusiones

La despolimerización enzimática de PET es una alternativa amigable con el medio ambiente y en rápido desarrollo con el potencial de tener un impacto significativo en el reciclaje de residuos de PET. Las variantes mutantes de la enzima PETasa de ideonella sakaiensis muestran mayor termoestabilidad y actividad que la enzima silvestre y constituyen herramientas importantes para el desarrollo de sistemas de reciclaje enzimático del PET a gran escala.