El plástico soluciona varios de los escenarios con los que el ser humano se ve obligado a lidiar, ya que recubre múltiples productos que consume. Sin embargo, su uso descontrolado ha dado lugar a una contaminación exacerbada que está acabando con el mundo. En este contexto, la IA se ha alterado en busca de una solución viable. De hecho, no es la primera que se buscan métodos innovadores e impensados para acabar con esta problemática.
Hace un tiempo atrás, se descubrió que las bacterias de las aguas residuales son capaces de descomponer el plástico para alimentos. Los investigadores detrás de este hallazgo estuvieron un largo tiempo observando una familia común de baterías ambientales: Comamonadacae. Esta especie crece en los plásticos esparcidos por ríos urbanos y sistemas de agua residuales.
Un grupo de investigadores liderados por Northwestern ha descubierto que las células de una bacteria Comamonas descomponen este recurso para conseguir alimentos. En primer lugar, lo mastican en trozos pequeños denominados nanoplásticos. Después, segregan una enzima especializada que lo descompone todavía más.
En última instancia, las bacterias usan un anillo de átomos de carbono del plástico como fuente de alimento. Este hallazgo abre la puerta hacia nuevas soluciones de ingeniería basadas en bacterias para limpiar los desechos complejos de eliminar.
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La IA pretende acabar con el plástico (y podría lograrlo)
Ahora, un equipo de científicos de la Universidad de Washington crea una enzima con inteligencia artificial que descompone ciertos plásticos a nivel molecular. Su descubrimiento fue publicado en Science y demuestra cómo la IA ha permitido el desarrollo de serina hidrolasas sumamente eficientes, capaces de romper enlaces éster, presentes en materiales como el PET.
La investigación ha sido encabezada por el laboratorio de David Baker en la Universidad de Washington y podría ser un antes y un después. La enzima creada a través de IA ha demostrado que puede descomponer plásticos como el PET de forma más eficiente que cualquier otra.
Este conocimiento se alcanzó a raíz del empleo de modelos de aprendizaje profundo aplicados al diseño de proteínas, que hizo posible la producción de una estructura enzimática optimizada para la ruptura de enlaces éster.
Se trata de uno de los elementos clave para la degradación del tereftalato de polietileno, el plástico más usado en envases y textiles. Los expertos hicieron uso de herramientas avanzadas de IA para modelar y optimizar la actividad catalítica de la enzima. 300 versiones de proteínas creadas por ordenador fueron probadas y, después de un proceso iterativo de selección, se consiguieron estructuras cristalinas.
Dichas estructuras coincidían casi a la perfección con los modelos computaciones, con una desviación de menos de 1 Å. Así se deja entrever que el diseño generativo basado en inteligencia artificial roza un nivel de precisión jamás visto en la ingeniería de proteínas. Hablamos de un método revolucionario que podría acabar con la ‘ruina’ para los pescadores artesanales de Perú y Ecuador.
La IA hace historia en el sector del plástico
El equipo de Baker usó RFdiffusion, un método generativo de IA que permite diseñar proteínas con sitios activos complejos adaptados a reacciones específicas. Los resultados exitosos se deben en gran medida a la capacidad del sistema de anticiparse a la conformación óptima de los sitios catalíticos, garantizando de esta manera que las interacciones entre la enzima y el plástico fueran súper eficientes.
Además, se utilizó una revolucionaria herramienta de evaluación: PLACER (Protein-Ligand Atomistic Conformational Ensemble Reproduction). Permitió el análisis del comportamiento de las enzimas. Siguiendo esta línea, permitió optimizar la enzima iterativamente, incluyendo 5 cinco grupos catalíticos esenciales que no habían sido incluidos en diseños previos de este tipo.
Proyección del sistema de IA para acabar con el plástico
Los estudios reflejaron que la enzima final registraba una actividad catalítica superior y puso de manifiesto la estabilidad estructural, haciéndola viable para su uso industrial. El desarrollo de esta enzima con IA supone un avance considerable para abordar el problema global de la contaminación plástica.
Plásticos como el PET pueden tardar cientos de años en degradarse de forma natural. Esta enzima podría lograr que ese mismo proceso sucediera en apenas días o semanas.
Con esta proyección, el mundo permanece alerta al potencial de la IA para acabar definitivamente con el plástico del planeta. Asimismo, supone un atisbo de esperanza para lugares como el Caribe, donde la presencia de ‘microplásticos’ en los ríos aumenta exponencialmente.
