A inteligência artificial descobriu a melhor enzima para reciclar resíduos plásticos.

A poluição por plástico é um problema complexo, pois diferentes polímeros, como poliésteres, PET e poliuretano, possuem ligações químicas únicas que exigem métodos específicos de degradação. Embora enzimas para decompor alguns plásticos já tenham sido desenvolvidas, elas resolvem apenas parte do problema. Enquanto um método de reciclagem já foi encontrado para o PET e diversos outros plásticos, o poliuretano tem se mostrado um desafio para os cientistas.

Fonte da imagem: AI generation Grok 4/avalanche noticias

O poliuretano é utilizado em embalagens, vestuário, calçados e muitas outras aplicações. Em 2024, por exemplo, foram produzidas 22 milhões de toneladas desse polímero em todo o mundo, mas ainda era impossível decompô-lo em seus componentes químicos. O poliuretano se decompõe parcialmente quando aquecido na presença de dietilenoglicol, mas ainda era impossível extrair os componentes básicos da mistura resultante para reutilização. Portanto, o poliuretano é simplesmente incinerado, sendo considerado resíduo tóxico.

Uma equipe internacional de cientistas decidiu usar ferramentas modernas de IA para análise de proteínas a fim de encontrar a melhor enzima para degradar o poliuretano. Eles revisaram o trabalho de seus colegas e selecionaram 15 dos candidatos mais promissores. Um requisito importante era garantir a atividade da enzima na presença de dietilenoglicol durante o aquecimento. Nessas circunstâncias, a estabilidade da proteína era particularmente desafiadora. Após a triagem, três das enzimas mais promissoras foram selecionadas e suas estruturas proteicas foram comparadas com bancos de dados de estruturas proteicas reais e com o banco de dados de predição de proteínas AlphaFold do Google.

A busca se mostrou ineficaz, então os cientistas adaptaram as redes neurais Pythia-Pocket e Pythia para seus próprios fins. As tarefas de IA incluíam a análise dos aminoácidos nas enzimas promissoras para determinar a intensidade de suas reações com outros compostos químicos, bem como a determinação da estabilidade das enzimas em condições operacionais. O aprimoramento dessas ferramentas de IA levou à criação de outra — a plataforma GRAS — que apresentou o melhor desempenho nessas tarefas.

Algoritmo GRASForam apresentadas 24 enzimas candidatas para a degradação de poliuretano, das quais 21 demonstraram atividade experimental e oito foram 30 vezes mais eficientes que proteínas naturais. Na presença de dietilenoglicol e aquecida a 50 °C, uma das enzimas superou a enzima natural em 450 vezes, degradando 98% do poliuretano em seus elementos químicos básicos em 12 horas. A ampliação do estudo mostrou que a eficiência da enzima diminuiu apenas ligeiramente: ao processar um quilograma de poliuretano, 95% do plástico foi reciclado. A estabilidade da enzima também foi excepcional — ela pôde ser reutilizada três vezes sem deterioração.

O algoritmo GRAS pode prever proteínas para a degradação de outros tipos de plástico. A IA provou que não é um parasita que consome quantidades inimagináveis ​​de energia, mas sim uma parceira e assistente, abrindo caminho para a reciclagem completa do plástico e a reutilização de seus componentes químicos.