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Un batterio proveniente dal compost ha prodotto l’enzima più potente mai scoperto per degradare il poliuretano e la plastica di nylon, aprendo prospettive interessanti per il futuro del riciclaggio chimico. Alcune plastiche risultano così difficili da abbattere che la maggior parte finisce bruciata o sepolta invece di essere riutilizzata, con poliuretano e nylon che rappresentano due dei materiali più problematici.
Gli scienziati che cercavano un enzima capace di decomporre entrambi i materiali hanno trovato il candidato migliore in un luogo improbabile come una pila di compost fumante. L’enzima si chiama CCPUR1 e in laboratorio può attaccare entrambe le materie plastiche contemporaneamente, anche se non risulta ancora abbastanza veloce per essere utilizzato in qualsiasi impianto di riciclaggio esistente.
Indice
Un enzima mangia plastica nel compost chiamato CCPUR1 può degradare poliuretano e nylon. Scoperto da ricercatori danesi in un batterio Chelatococcus composti, ha abbattuto l'1% di schiuma in 3 giorni. La versione aggiornata raggiunge l'1,4%. Funziona a temperature più basse del riciclaggio chimico tradizionale. Servono miglioramenti per l'uso industriale.
La caccia agli enzimi nella natura
Andreas Møllebjerg ha avviato la ricerca quando stava per iniziare una posizione post-dottorato presso l’Interdisciplinary Nanoscience Center dell’Università di Aarhus in Danimarca. La domanda chiave riguardava la possibilità che gli enzimi naturali potessero essere impiegati per abbattere la plastica in modo efficiente.
Møllebjerg ha suggerito di cercare enzimi adatti in luoghi dove fa caldo perché i batteri prosperano e crescono bene lì tutto l’anno, preferibilmente da qualche parte dove la plastica è presente da molto tempo. Un anno e mezzo dopo si trovava su un aereo per il Kenya, seguito da mezz’ora sul retro della moto di uno studente locale sulla strada per un’enorme discarica dove ha raccolto campioni comunicando con le centinaia di persone che vivevano dentro e fuori dalla discarica.
La ricerca non si è fermata in Kenya poiché con la dottoranda Malthe Kjær Bendtsen, Møllebjerg si è recato allo zoo tropicale di Randers Regnskov a circa 34 chilometri di distanza per raccogliere rifiuti di plastica. Møllebjerg ha anche comprato un sacchetto di larve di falene di cera da un negozio di animali per controllare i batteri nelle loro viscere e ha preso una pala di compost da un centro di riciclaggio a circa 10 chilometri dal campus universitario.
Il metodo del bioprospecting
L’approccio utilizzato si chiama bioprospecting e invece di pettinare database genici per enzimi simili a quelli già conosciuti, il team è andato alla ricerca in natura di organismi che potrebbero già fare questa chimica complessa.
Gli angoli dispari hanno già pagato in passato poiché un enzima che mangia plastica si è presentato in batteri di discarica in Giappone un decennio fa, e un gusto per la plastica da allora si è presentato nelle viscere dei supervermi allevati sul polistirolo.
Anche il terreno agricolo ordinario sotto fogli di pacciame di plastica ha prodotto un candidato valido. Questa ricerca gestita con l’Istituto tecnologico danese ha semplicemente coperto più terreno di qualsiasi altro sforzo precedente nel settore.
Come il laboratorio ha individuato i batteri promettenti
Tornato in laboratorio il team aveva bisogno di un modo veloce per individuare quale dei milioni di batteri trasportava un utile enzima degradante. Hanno mescolato i batteri con molecole costruite per imitare i legami chimici all’interno del poliuretano e del nylon sintetico.
Le molecole si illuminano nel momento in cui toccano un enzima che può separarle, trasformando ogni microbo promettente nel suo piccolo segnale luminoso rilevabile. Una macchina costruita per ordinare le cellule poteva quindi schermare fino a 10.000 batteri al secondo e tirare fuori solo quelli che si erano illuminati durante il test.
Bendtsen ha descritto il processo come un razzo a tre stadi dove gradualmente hanno ristretto la selezione partendo dalla ricerca di batteri che potessero abbattere il materiale del modello fluorescente. Hanno poi isolato gli enzimi in grado di abbattere esattamente quel materiale fluorescente e infine hanno testato gli enzimi su materiali sempre più realistici fino ad arrivare alla schiuma in polvere da un vero materasso.
Il batterio del compost supera tutti gli altri
Lo schermo ha trovato 29 batteri che potevano abbattere in qualche misura il poliuretano o il nylon e da quelli il team ha estratto 12 enzimi funzionanti con 10 che attaccano il poliuretano e due che attaccano il nylon.
Il CCPUR1 si è distinto come il migliore del gruppo ed è prodotto da un batterio chiamato Chelatococcus composti che Møllebjerg ha estratto dal mucchio di compost di Aarhus. Il suo sito di legame risulta insolitamente ampio e abbastanza grande da adattarsi alle grandi molecole aggrovigliate che compongono la plastica. Regge meglio degli altri quando le temperature salgono o i solventi vengono aggiunti al processo.
Questa resistenza probabilmente deriva da dove vive il batterio poiché un mucchio di compost può raggiungere gli 80 gradi Celsius ed è ricco di composti vegetali resistenti come cera e lignina. Un batterio costruito per abbattere quelli in quelle condizioni si è rivelato avere un’abilità collaterale utile cioè abbattere anche la plastica sintetica.
Anche gli enzimi più deboli trovano il loro scopo
Gli altri 11 enzimi non rappresentano peso morto poiché diversi lavorano meglio su piccoli frammenti di plastica e potrebbero integrare ciò che CCPUR1 fa su pezzi più grandi. PYNYL1 è un altro enzima estratto da un mucchio di compost separato ed è stato il miglior mangiatore di nylon del gruppo anche se manca la tenacità a tutto tondo del CCPUR1.
Poiché ogni enzima tende ad essere selettivo i ricercatori immaginano qualcosa come un approccio cocktail dove si spoglia il poliuretano e si risciacqua prima per poi aggiungere enzimi di nylon-targeting per finire il lavoro. Il riciclaggio chimico non può facilmente fare due lavori diversi come quello in sequenza con la stessa efficienza.
La lentezza rimane l’ostacolo principale
In tre giorni il CCPUR1 ha rotto poco meno dell’1% della schiuma del materasso in polvere che è stato dato durante i test. Questo risultato è molto lontano da tutto ciò che potrebbe riciclare il poliuretano o il nylon su scala industriale attuale.
L’enzima avrà probabilmente bisogno dell’aiuto del pretrattamento meccanico o chimico per rendere la plastica più facile da digerire nei processi industriali. Il team non si è fermato alla prima versione di CCPUR1 e continuava a migliorarlo costantemente.
La versione aggiornata mostra progressi
In uno studio pubblicato l’11 settembre 2026 lo stesso gruppo di Aarhus ha lavorato con l’Università di Porto per ridisegnare il CCPUR1 usando simulazioni al computer e apportando modifiche mirate al suo DNA. Nel giro di tre giorni e senza alcun pretrattamento della plastica l’enzima aggiornato ha abbattuto circa l’1,4% del poliuretano in schiuma tagliato da una vera suola di scarpe.
Rosie Graham, ricercatrice post-dottorato presso l’Università di Aarhus che ha testato quanto bene gli enzimi hanno rotto la plastica in laboratorio, ha messo l’appello in termini semplici sottolineando che la ricerca evidenzia la forza degli enzimi. Il loro vero vantaggio quando si tratta di riciclaggio è che funzionano in condizioni miti il che significa a temperature e pressioni più basse rispetto a quelle utilizzate nella maggior parte delle tecnologie di riciclaggio oggi.
I chimici stanno anche lavorando su modi per abbattere il poliuretano e il nylon e l’abbinamento di metodi chimici con enzimi è ciò che la maggior parte dei ricercatori si aspetta che l’eventuale soluzione finale assomiglierà. Nessuno lo ha ancora fatto su scala industriale nonostante gli sforzi congiunti.
La maggior parte del poliuretano e del nylon sono realizzati con materie prime petrolchimiche e il poliuretano si presenta in schiuma per materassi e suole per scarpe mentre il nylon si trova in corda, abbigliamento e reti da pesca. I ricercatori paragonano una correzione di riciclaggio praticabile per entrambi i materiali a un santo graal che tutti vogliono ma nessuno ha ancora trovato.
Fonte:
- Lo studio sulla rivista Angewandte Chemie.
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