Gusto por el plástico
Descubierta por primera vez: una nueva enzima de aguas profundas descompone el plástico PET
La contaminación por plásticos afecta cada vez más a la salud de costas y océanos. Un problema bien conocido son las botellas de plástico fabricadas con tereftalato de polietileno, o PET. Un nuevo estudio en el que han participado científicos del grupo de investigación de la profesora Ruth Schmitz-Streit, de la Universidad de Kiel, ha demostrado por primera vez, utilizando microorganismos de las profundidades marinas, que polímeros como el PET son degradados continuamente por una enzima. Investigadores de la Universidad de Hamburgo y de la Universidad Heinrich-Heine de Düsseldorf desempeñaron un papel fundamental en el estudio microbiológico. Los resultados amplían fundamentalmente el conocimiento de las enzimas que degradan el PET, el mecanismo subyacente y la comprensión evolutiva de la diversidad de las enzimas putativas que degradan el PET en todo el océano global. El equipo de investigadores ha publicado recientemente los resultados en la revista Communications Chemistry, donde se analizan tanto las aplicaciones biotecnológicas como su gran relevancia para los procesos biogeoquímicos en el océano y en tierra firme.
La profesora Ruth Schmitz-Streit y científicos de su grupo de investigación de la Universidad de Kiel han participado en el nuevo estudio, que describe por primera vez la enzima PET46 de degradación de PET a partir de un microorganismo de aguas profundas no cultivado.
© Stefan Kolbe
El estudio destaca una característica especial de la enzima que degrada el PET. "En nuestro estudio hemos descubierto un nuevo recurso genético de organismos de aguas profundas pertenecientes a las arqueas", afirma la profesora Ruth Schmitz-Streit, jefa del grupo de trabajo de Biología Molecular de Microorganismos del Instituto de Microbiología General (IfAM) y miembro del área prioritaria de investigación Kiel Marine Science (KMS) de la Universidad de Kiel. Hasta ahora se conocían unas 80 enzimas diferentes de degradación del PET, la mayoría de las cuales se encontraban en bacterias u hongos. "Nuestros datos contribuyen a comprender mejor el papel ecológico de las arqueas de aguas profundas y la posible degradación de los residuos de PET en el mar", afirma el microbiólogo.
La nueva enzima: PET46
Mediante un enfoque metagenómico, el equipo de investigación ha identificado y descrito bioquímicamente por primera vez la enzima PET46, que degrada el PET, a partir de un microorganismo de aguas profundas no cultivado. Para ello se identificó el gen a partir de una muestra de aguas profundas basándose en similitudes con secuencias conocidas, se sintetizó el gen codificante correspondiente, se produjo la proteína en la bacteria Escherichia coli y se estudió bioquímica y estructuralmente. PET46 tiene muchas propiedades inusuales y se añade a la diversidad de andamiajes de las enzimas activas por PET. Estructuralmente, la enzima difiere significativamente de las descubiertas anteriormente. Por ejemplo, tiene la capacidad de degradar tanto moléculas de PET de cadena muy larga, conocidas como polímeros, como moléculas de PET de cadena corta, conocidas como oligómeros, lo que significa que la degradación puede ser continua.
Entre otras cosas, PET46 utiliza un mecanismo de unión de sustratos completamente distinto al de las enzimas degradadoras de PET conocidas hasta ahora. Los investigadores describen una inusual "tapa" de 45 aminoácidos sobre el centro activo de la enzima como crucial para la unión. En otras enzimas PET, los aminoácidos aromáticos próximos al centro activo son típicos.
Aplicaciones biotecnológicas prometedoras
A nivel molecular, la PET46 es muy similar a otra enzima, la esterasa del ácido ferúlico. Ésta degrada el polímero natural lignina de las paredes celulares de las plantas rompiendo los polímeros de lignina para liberar azúcares de las partes leñosas de las plantas. La lignina y el PET tienen muchas similitudes estructurales, por lo que las enzimas que degradan el PET que se encuentran en la naturaleza pueden ser importantes para el compostaje de la madera en los suelos forestales, por ejemplo.
Por tanto, las propiedades bioquímicas del PET46 lo convierten en una enzima muy interesante tanto para los plásticos marinos y terrestres como para la biotecnología. En comparación con las enzimas degradadoras de PET mejor caracterizadas de bacterias y plantas de compostaje, PET46 es más eficaz a 70 grados centígrados que estas enzimas de referencia a sus respectivas temperaturas óptimas.
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Publicación original
Pablo Perez-Garcia, Jennifer Chow, Elisa Costanzi, Marno Gurschke, Jonas Dittrich, Robert F. Dierkes, Rebecka Molitor, Violetta Applegate, Golo Feuerriegel, Prince Tete, Dominik Danso, Stephan Thies, Julia Schumacher, Christopher Pfleger, Karl-Erich Jaeger, Holger Gohlke, Sander H. J. Smits, Ruth A. Schmitz, Wolfgang R. Streit; "An archaeal lid-containing feruloyl esterase degrades polyethylene terephthalate"; Communications Chemistry, Volume 6, 2023-9-11
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