Hoy hablaremos sobre un avance revolucionario en el tratamiento de aguas residuales: la ingeniería de enzimas para descomponer microplásticos. Este tema es crucial debido al creciente problema de la contaminación por microplásticos y su impacto negativo en la salud humana, la agricultura y la seguridad alimentaria.
La profesora Julie Goddard y su equipo han desarrollado una enzima que descompone el tereftalato de polietileno (PET), un plástico común en envases y textiles. Su laboratorio ha creado una nueva enzima capaz de descomponer plásticos en las complejas condiciones del lodo de aguas residuales. Este trabajo, inspirado por la exestudiante de doctorado Hannah Zurier y continuado por la candidata a doctorado Sonia Su, busca reducir los microplásticos en las aguas residuales tratadas.
Origen y desarrollo de las enzimas
Las plantas de tratamiento de aguas residuales son una fuente importante de contaminación por microplásticos en el medio ambiente y en los campos agrícolas. Con el creciente problema de escasez de agua, el efluente de aguas residuales tratadas se usa cada vez más para la irrigación agrícola. Aunque la atención pública se centra en la contaminación por microplásticos en los océanos, se liberan entre cuatro y veintitrés veces más microplásticos en los suelos cada año.
Los microplásticos afectan negativamente a la agricultura de múltiples maneras. Limitan el movimiento de los microorganismos del suelo y el acceso a nutrientes, lo que interrumpe el ciclo de nutrientes necesario para el desarrollo de las plantas. Los microplásticos, definidos como partículas de plástico de 5 mm o menos, son absorbidos directamente por las semillas, raíces y sistemas vasculares de las plantas. Esto afecta su capacidad para absorber agua y nutrientes, y estos microplásticos pueden pasar a los animales y humanos que los consumen.
Los microplásticos afectan negativamente al desarrollo de las plantas
Adaptación de las enzimas a condiciones de tratamiento de aguas residuales
El laboratorio de Goddard trabaja con una enzima que evolucionó dentro de la bacteria Ideonella sakaiensis, descubierta por científicos japoneses en 2016. Esta bacteria descompone los plásticos PET en dos componentes básicos: ácido tereftálico y etilenglicol. Desde entonces, los científicos han trabajado para descubrir y diseñar enzimas similares que puedan biodegradar plásticos más rápidamente y bajo diversas condiciones. El objetivo de Goddard es crear enzimas que descompongan los microplásticos en productos pequeños que puedan usarse como fuentes de energía para bacterias en el proceso de tratamiento de aguas residuales.
Adaptar estas enzimas a las condiciones presentes en el lodo de aguas residuales requiere secuenciar el genoma de las enzimas, identificar los aminoácidos responsables de sus funciones y diseñar variantes útiles. Las condiciones en las plantas de tratamiento de aguas residuales varían significativamente de las condiciones naturales donde evolucionaron estas enzimas, incluyendo temperaturas más altas, niveles variables de material orgánico y pH variable. Esto implica el uso de herramientas avanzadas de bioinformática para modelar y predecir las estructuras proteicas y sus funciones.
Adaptar las enzimas al lodo requirió bioinformática avanzada
El laboratorio de Goddard también trabaja en una variante de enzima que puede adherirse a materiales comunes en los filtros de aguas residuales, lo que permitiría su recuperación y reutilización. Desde el inicio de su investigación en 2018, la necesidad de eliminar microplásticos ha aumentado. Un estudio reciente reveló que hay entre 10 y 100 veces más microplásticos en el agua embotellada de lo que se creía, y las Naciones Unidas están debatiendo un tratado internacional para limitar la contaminación plástica.
Conclusión
La ingeniería de enzimas para descomponer microplásticos representa un avance prometedor en la lucha contra la contaminación y en la mejora de la sostenibilidad agrícola. La capacidad de eliminar microplásticos del agua residual es esencial no solo por razones de salud y medio ambiente, sino también para la sostenibilidad económica a largo plazo de la agricultura. La investigación de Goddard destaca la importancia de encontrar soluciones innovadoras para problemas ambientales críticos. Con herramientas avanzadas y un enfoque interdisciplinario, la ciencia tiene el potencial de ofrecer soluciones prácticas y efectivas para reducir la contaminación por plásticos y mejorar la calidad del agua.
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