Diseñan enzimas que pueden "comer" residuos plásticos y planean recaudar US$ 25 millones en 2024

En un laboratorio escondido en una antigua fábrica de armas de New Haven, Connecticut, una máquina calentó residuos plásticos a 536 grados Fahrenheit y escupió hilos pringosos de material que empiezan a endurecerse cuando entran en contacto con el aire. Esta sustancia -hecha de textiles y chatarra postindustrial que estaban destinados a un vertedero- se triturará para crear la mayor superficie posible.

Está a punto de convertirse en alimento para una enzima diseñada con ayuda de inteligencia artificial, hecha por la startup Protein Evolution. La ambición de la empresa es utilizar la IA para diseñar nuevas enzimas capaces de descomponer los plásticos y los textiles con base plástica.

"Lo que ocurre después es que se lo damos de comer a los tiburones", bromeó el director tecnológico Jay Konieczka, que permanecía con una bata blanca de laboratorio junto a un reactor lleno de enzimas y agua, que descompondrán los plásticos hasta sus componentes básicos. Se supone que el material resultante, lo que la empresa llama Biopure, es indistinguible del poliéster fabricado a partir del petróleo, y puede utilizarse del mismo modo en tejidos. Protein Evolution espera que su proceso enzimático permita que la ropa vieja, las sábanas y otros tejidos se conviertan en totalmente reciclables.

Hacia el reciclaje biológico

El mundo tiene un grave problema de plásticos, con unos 460 millones de toneladas totales producidas anualmente, una cifra que no hará más que aumentar a medida que compremos más cosas. Sólo el 9% del plástico se recicla realmente, según la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico. El resto acaba en vertederos o incinerado, y eso es lo que el cofundador de Protein Evolution, Jonathan Rothberg, dijo que quiere conseguir.

"Hay que reciclar el 91% que la gente no recicla: Toda esta basura, todas estas cosas mezcladas, no las botellas de agua perfectamente limpias que han sido enjuagadas", dijo Rothberg, un inventor en serie y empresario que es más conocido por inventar y comercializar la secuenciación de ADN de alta velocidad.

En este 91% es donde los científicos ven potencial para lo que se conoce como reciclaje biológico: utilizar enzimas que descompongan el plástico rápidamente sin crear microplásticos ni degradar el material en el proceso. Pero el número de posibles enzimas devoradoras de plástico es mayor que el de átomos del universo conocido, lo que hizo difícil que los investigadores avanzaran mucho.

"En los últimos cinco años, el mundo de la ingeniería de enzimas se abrió de par en par gracias a la IA", dijo Konieczka. El modelo de IA patentado de Protein Evolution incorpora datos disponibles públicamente sobre decenas de miles de proteínas que lo ayudan a arrojar miles de secuencias de aminoácidos que representan nuevas enzimas. A continuación, Protein Evolution utiliza algoritmos, incluido el sistema de IA AlphaFold desarrollado por Google DeepMind que predice la estructura de una proteína a partir de su secuencia de aminoácidos, y prueba las que parecen más prometedoras en los reactores del laboratorio.

Cuando Protein Evolution comenzó, el 99% de las nuevas enzimas que el modelo de IA sugería eran "basura", dijo Konieczka, pero a medida que el equipo incorporaba nueva información sobre lo que funcionaba y lo que no, con el tiempo el modelo de IA aprendió a diseñar mejores enzimas devoradoras de plástico.

Konieczka calcula que puede seguir retocando el diseño para que funcionen más rápido o a temperaturas ligeramente más bajas, haciendo que todo el proceso sea más eficaz y barato. "Nos hemos centrado en los costos desde el primer día", dijo Connor Lynn, cofundador de Protein Evolution, que dirige la empresa.

Armada con 25 millones de dólares en financiación de riesgo y planes para recaudar al menos esa misma cantidad este año, la startup de tres años se está preparando para construir una planta piloto que podría producir 300 toneladas al año de plástico reciclado en 2025. Después, espera construir una planta comercial, con capacidad para 50.000 toneladas al año, en 2028.

Protein Evolution no es la única empresa que intenta hacer realidad el reciclaje biológico. La empresa francesa Carbios, que cotiza en bolsa con una capitalización bursátil de unos 400 millones de dólares, puso la semana pasada la primera piedra de una planta de biorreciclaje de PET cerca de la frontera belga con 50.000 toneladas de capacidad.

Y Breaking, que se basa en un microbio conocido como X-32 que mastica y come plástico. La compañía fue impulsada por Colossal Biosciences, la startup cofundada por el genetista de Harvard George Church y el empresario Ben Lamm, más conocida por intentar resucitar al mamut lanudo. "Creemos que se trata de un problema existencial en el que debería haber 1.000 empresas trabajando en ello", afirmó Lamm.

Para todas estas empresas, aún es pronto, y subir de escala conlleva riesgos. En la actualidad, Protein Evolution sólo obtiene una pequeña cantidad de ingresos de los acuerdos de desarrollo con un puñado de marcas de consumo, incluida la diseñadora británica Stella McCartney. Para llegar a escala comercial, Protein Evolution tendrá que construir su planta de 50.000 toneladas, insertarse en la cadena de suministro de eliminación de residuos plásticos para conseguir o comprar suficiente material para reciclar, y mantener sus costos lo suficientemente bajos como para que las marcas estén dispuestas a comprar su poliéster.

"No hay ninguna razón por la que la tecnología no pueda funcionar y no pueda escalar. Utilizamos la tecnología enzimática en todo tipo de otros procesos industriales", afirmó Richard Wielechowski, analista de inversiones en textiles de Planet Tracker. Las enzimas se utilizan en el tratamiento de aguas residuales y en la fabricación de medicamentos, por ejemplo.

Lynn espera que los ingresos anuales de la próxima planta piloto alcancen los millones de un dígito el año que viene, y que la primera instalación comercial alcance los 100 millones de dólares de ingresos poco después de su estreno. "No se puede resolver el problema del clima sin resolver el problema de los plástico", afirmó.

Un emprendedor serial

Jonathan Rothberg, de 61 años, pasa sus días en un yate de 55 metros anclado frente a la costa de Miami, que está equipado como un laboratorio completo con máquinas PCR, impresoras 3D y otros equipos. Rothberg, que recibió la Medalla Nacional de Tecnología e Innovación por su trabajo en la secuenciación del ADN, fundó una docena de empresas, incluida una que diseñó pruebas PCR caseras para el Covid-19 durante los primeros días de la pandemia (Detect) y otra que redujo los ecógrafos a un tamaño portátil (Butterfly Network).

Tras vender una empresa anterior relacionada con las enzimas, llamada RainDance Technologies, a la empresa de diagnósticos médicos Bio-Rad Laboratories por 73 millones de dólares, él y Lynn, de 25 años, que había estado trabajando con él en estrategia y finanzas en sus otras empresas emergentes, empezaron a investigar qué más podían hacer con las enzimas. "Habíamos estado incubando las enzimas, pero no teníamos la aplicación asesina", dijo Lynn.

Las pruebas de que las enzimas pueden degradar los plásticos se remontan a décadas atrás. En 2016, un equipo de investigación japonés publicó un artículo en el que mostraba que una enzima llamada "PETasa" podía masticar las botellas de PET. Pero la naturaleza no diseñó la enzima para que funcionara en el plástico; necesitaría comerse el plástico mucho más rápido para hacer mella en el problema de los residuos plásticos. Si se pudiera desarrollar la enzima adecuada, sería ideal para tratar los plásticos, que pueden tardar cientos de años en descomponerse en un vertedero e incluso entonces sólo se convierten en microplásticos cada vez más pequeños.

Rothberg se dio cuenta de que los plásticos podían ser un foco ideal para desarrollar nuevas enzimas con IA después de que hablara con Ludwik Leibler, un físico del ESPCI ParisTech que llevaba décadas estudiando el comportamiento de los plásticos. El equipo del ESPCI había estado trabajando en la ingeniería de enzimas que pudieran descomponer los polímeros en sus componentes básicos conocidos como monómeros para permitir su reciclaje.

"Ludwik dijo: "Mire, no se trata sólo de consumir plásticos", explicó Rothberg. "Los plásticos ni siquiera están listos para ser devorados, no están en una configuración que permita a las enzimas acercarse lo suficiente, así que no importa cómo diseñes las enzimas, nunca conseguirías ese primer bocado de Pacman. Primero hay que subir los plásticos y luego aplicar la tecnología enzimática".

En octubre de 2021, Rothberg y Lynn lanzaron Protein Evolution para centrarse en el reciclaje de plásticos. (La empresa, como otras startups en fase inicial de Rothberg, aún no tiene CEO). Entonces, los investigadores del grupo empezaron a diseñar enzimas utilizando la IA para clasificar a gran velocidad el inimaginable número de enzimas potenciales.

"La combinación del uso de la IA y la ingeniería biológica les permitió avanzar con gran rapidez", dijo Sophie Bakalar, inversora de Collaborative Fund, que estudió numerosas empresas de reciclaje de plásticos antes de invertir en Protein Evolution. "La IA es un tema tan candente en estos momentos, pero ellos realmente estuvieron trabajando en su uso desde el principio. No son una empresa que se sube al tren del entusiasmo".

Para mostrar su proceso de reciclaje biológico, Protein Evolution se asoció con la diseñadora de moda Stella McCartney, enviándole materiales reciclados hechos a partir de algunos de los residuos plásticos más espantosos que pudieron encontrar: las pesadas correas industriales utilizadas para asegurar los contenedores de carga. En la COP 28, la conferencia de las Naciones Unidas sobre el cambio climático celebrada en Dubai el pasado mes de diciembre, McCartney lució una campera ondulada de color avena que había confeccionado con esos materiales, la primera prenda de la historia hecha con reciclado biológico.

Aunque la campera era sólo para mostrar, McCartney, defensora desde hace tiempo de la moda sostenible, declaró a Forbes que espera utilizar los materiales de la empresa en sus prendas prêt-à-porter y accesorios veganos. "Soluciones como Protein Evolution son el futuro de la moda: uno en el que podemos transformar los residuos mediante la circularidad y el reciclaje, creando productos deseables de calidad de lujo sin utilizar ningún material nuevo", dijo McCartney por correo electrónico.

Como asesora especial sobre sostenibilidad del gigante de la moda LVMH, McCartney también dijo que estaba promocionando los materiales entre LVMH y su multimillonario presidente y CEO, Bernard Aurnault. "Espero que continúen siguiendo nuestro liderazgo sostenible", escribió.

El próximo gran paso: la comercialización

Protein Evolution firmó hasta ahora acuerdos de desarrollo con cinco marcas de moda, además de Stella McCartney, dijo Lynn, aunque evitó citarlas alegando acuerdos de confidencialidad. Ahora tiene un calendario agresivo para la comercialización. Lynn espera conseguir incentivos gubernamentales para construir las nuevas instalaciones y también cree que las normativas estatales, como la prohibición de Massachusetts de enviar textiles a los vertederos, supondrán un empujón al aumentar el demandado de plásticos reciclados. También dijo que la empresa debería ser capaz de producir su poliéster reciclado a un precio casi equivalente al del nuevo material derivado del petróleo.

"Nada despega hasta que tiene el mismo precio que lo que está sustituyendo", dijo Rothberg. "Los procesos que están desarrollando ahora son competitivos con los plásticos vírgenes, y se convierte en más competitivo si tenemos guerra por todas partes y el petróleo sube. Creo que cuando el petróleo supera los 80 dólares el barril [como ahora], no sólo somos iguales, sino mejores", agregó.

Tiffany Hua, analista de Lux Research que sigue el sector textil, dijo que el reciclaje enzimático es muy prometedor, pero que aún es una innovación en fase inicial y que las grandes preguntas para Protein Evolution llegarán cuando construya sus plantas. "Yo lo consideraría una innovación 'moonshot'", dijo. "Hay que hacer muchos ajustes con los procesos industriales y es aún más complejo con estos procesos de reciclaje biológico".

A más largo plazo, Lynn espera ganar tracción más allá de la moda y trabajar en el reciclaje de materiales sintéticos más allá del poliéster, como el nailon o quizá incluso los tejidos que fueron recubiertos con "sustancias químicas para siempre", o PFAS. "El poliéster está en todas partes", dijo. "Introducirnos en la confección de bajo costo y en los usos alternativos del poliéster y las alfombras nos interesa, al igual que adentrarnos en el envasado".

Un objetivo potencialmente mayor que Protein Evolution está considerando: utilizar enzimas para desarrollar un nuevo tipo de plásticos totalmente biodegradables. Ese ha sido un santo grial para quienes se preocupan por el medio ambiente.

"Una vez que descomponés el PET en sus componentes fundamentales, ¿podés volver a recomponerlo como PET? Por supuesto que sí. ¿Podés unirlo en cosas diferentes con nuevas propiedades y aplicaciones? Sí, claro que se puede", afirmó Paul Anastas, profesor de química para el medio ambiente en Yale y antiguo alto cargo de la EPA que trabaja como asesor científico de la empresa. "No se trata sólo de desmontar las piezas y volverlas a montar de forma idéntica. Se trata de convertir los plásticos malos potencialmente en plásticos buenos".

*Con información de Forbes US.