La plastica rappresenta una delle principali sfide ambientali del nostro tempo. Ogni anno milioni di tonnellate di rifiuti in plastica finiscono in discarica o negli oceani, aggravando l’inquinamento globale. Ma un recente studio pubblicato su Nature Chemistry ha rivelato una scoperta rivoluzionaria: batteri Escherichia coli ingegnerizzati sono in grado di trasformare il PET, il materiale delle comuni bottiglie di plastica, in paracetamolo, un noto farmaco analgesico e antipiretico. Questa innovazione non solo propone una soluzione sostenibile al problema dei rifiuti, ma apre nuove strade alla biochimica industriale. Al centro di questo studio c’è la reazione di Lossen, una trasformazione organica nota fin dal XIX secolo, che consente la conversione di esteri idrossamici in isocianati e successivamente in ammine primarie. Tradizionalmente questa reazione richiede condizioni dure — alte temperature, catalizzatori metallici, ambienti basici — incompatibili con la vita cellulare. Tuttavia, il team guidato da Stephen Wallace ha dimostrato che, in presenza di semplici fosfati, la reazione può avvenire in condizioni miti e compatibili con E. coli.
Questa “Lossen biocompatibile” permette la produzione di acido para-aminobenzoico (PABA), un composto essenziale per la crescita del batterio, direttamente a partire da esteri idrossamici derivati dal PET.
Dal PET al farmaco: il percorso metabolico ingegnerizzato
- Degradazione della plastica: Il PET viene chimicamente idrolizzato per produrre acido tereftalico, monomero di base.
- Sintesi del substrato di Lossen: L’acido tereftalico viene trasformato in un estere idrossamico acilico, compatibile con la reazione di Lossen.
- Conversione in PABA: Il composto così ottenuto è introdotto in una coltura di E. coli deficiente in PABA; la reazione avviene spontaneamente grazie ai fosfati del terreno di coltura, ripristinando la crescita del batterio.
- Produzione di paracetamolo: In E. coli geneticamente modificati, due enzimi eterologhi (ABH60 dal fungo Agaricus bisporus e PANAT dalla Pseudomonas aeruginosa) trasformano il PABA in paracetamolo con una resa fino al 92%.
Vantaggi della scoperta
- Sostenibilità ambientale: L’approccio trasforma un rifiuto ad alto impatto ecologico in un prodotto farmaceutico di grande valore.
- Compatibilità biologica: La reazione non richiede catalizzatori tossici o condizioni drastiche, ed è quindi ideale per processi industriali bio-based.
- Versatilità: Oltre al paracetamolo, questa strategia potrebbe essere estesa alla produzione di altri composti farmacologicamente o industrialmente rilevanti partendo da rifiuti plastici.
Criticità e prospettive future
Nonostante la resa promettente, alcuni limiti rimangono. Le concentrazioni di substrato utilizzate in laboratorio sono ancora troppo basse per applicazioni su scala industriale, e substrati ad alte concentrazioni potrebbero risultare tossici per le cellule. Inoltre, il sistema è stato validato principalmente in E. coli modificati, che potrebbero non essere ideali per applicazioni commerciali.
Il passo successivo sarà quindi:
- ottimizzare i ceppi batterici per resistere a maggiori carichi di substrato;
- estendere il metodo ad altri tipi di plastiche;
- condurre valutazioni complete di sostenibilità tramite Life Cycle Assessment (LCA).
L’integrazione tra chimica organica non enzimatica e ingegneria metabolica in Escherichia coli rappresenta una pietra miliare nella bio-upcycling dei rifiuti plastici. Convertire le bottiglie di plastica in paracetamolo attraverso una semplice coltura batterica è oggi una realtà di laboratorio che, se adeguatamente sviluppata, potrebbe rivoluzionare l’industria chimica e farmaceutica con impatti positivi sull’ambiente, la salute pubblica e l’economia circolare.