Aprendizado de máquina projeta enzima capaz de decompor plásticos em apenas 24 horas

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Cientistas têm explorado o potencial das enzimas para ajudar na reciclagem de plásticos há quase duas décadas. No entanto, os últimos seis anos a 12 anos têm mostrado alguns avanços bastante significativos nesse aspecto.

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Em 2016, pesquisadores no Japão descobriram uma bactéria que usava enzimas para quebrar o polietileno tereftalato (conhecido popularmente como plástico PET) em questão de semanas. 

Uma versão projetada dessas enzimas, apelidada de PETase, melhorou ainda mais o desempenho, e, em 2020, vimos cientistas desenvolverem uma versão ainda mais poderosa, que quebrou plásticos PET a uma velocidade até seis vezes maior.

Agora, um novo estudo, publicado na revista Nature, utiliza o aprendizado de máquina para projetar uma enzima de ação rápida que degrada algumas formas de plástico em apenas 24 horas, com uma estabilidade que o torna adequado para a adoção em larga escala.

Pesquisa analisou uma série de produtos feitos de plásticos PET

De acordo com os pesquisadores da Universidade do Texas (UT), a aplicação da tecnologia vem sendo restringida por uma incapacidade de funcionar bem a baixas temperaturas e diferentes faixas de pH, além da falta de eficácia para combater diretamente os resíduos plásticos não tratados e das taxas de reação lentas.

Para resolver esses problemas, a equipe desenvolveu um modelo de aprendizado de máquina que poderia prever quais mutações em uma enzima PETase lhe permitiriam essas capacidades. 

Isso envolveu a análise de uma gama de produtos de plásticos PET, como recipientes, garrafas de água e tecidos, e, em seguida, usar o modelo para projetar uma enzima nova e melhorada batizada de FAST-PETase (PETase funcional, ativa, estável e tolerante).

A enzima recém-criada mostrou-se superior em decompor plásticos PET a temperaturas entre 30ºC e 50°C e em uma extensa faixa de níveis de pH. Ela foi capaz de degradar quase inteiramente 51 diferentes produtos PET não tratados no intervalo de uma semana. Em alguns experimentos, chegou a fazer isso em apenas 24 horas. 

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Também foi demonstrado pelo estudo um processo de reciclagem de PET de loop fechado, no qual a FAST-PETase foi usada para quebrar os plásticos e, em seguida, os monômeros recuperados foram usados para reconstruir quimicamente o material.

“Ao considerar aplicações de limpeza ambiental, você precisa de uma enzima que possa trabalhar no ambiente à temperatura ambiente”, disse o autor do estudo Hal Alper, Ph.D em engenharia química e professor na UT. “Essa exigência é onde nossa tecnologia tem uma enorme vantagem no futuro”.

Com a capacidade de quebrar rapidamente resíduos plásticos pós-consumo a baixas temperaturas, os pesquisadores acreditam ter encontrado uma técnica portátil, acessível e capaz de ser adotada em escala industrial. 

Eles solicitaram uma patente para a tecnologia e esperam vê-la colocada em uso em aterros sanitários e áreas poluídas. “As possibilidades são infinitas entre as indústrias para alavancar esse processo de reciclagem de ponta”, disse Alper. “Além da óbvia indústria de gestão de resíduos, isso também proporciona às corporações de todos os setores a oportunidade de liderar a reciclagem de seus produtos. Através dessas abordagens enzimáticas mais sustentáveis, podemos começar a vislumbrar uma verdadeira economia de plásticos circulares”.

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