AI sviluppa enzima che decompone anche la plastica PET

Gli enzimi sono i catalizzatori più straordinari che la natura abbia mai creato. Spesso, i chimici si arrovellano per trovare alternative non enzimatiche altrettanto efficienti. Peccato che gli enzimi abbiano comunque dei limiti. L’evoluzione diretta ha prodotto qualche variante utile di enzimi che già conosciamo, ma ampliare lo spettro d’azione resta una sfida notevole.

Nuovo enzima creato grazie all’AI per decomporre la plastica

Ma ecco che entra in scena l’intelligenza artificiale. Un team di ricercatori è riuscito a creare un enzima capace di digerire la plastica. Gli scienziati si sono concentrati sulla rottura dei legami estere, che uniscono catene di carbonio attraverso un atomo di ossigeno. Aggiungendo una molecola d’acqua, l’estere si spezza, lasciando una catena con un gruppo alcool e l’altra con un acido organico. Sembra facile, ma dietro questa reazione apparentemente banale si cela un intricato balletto molecolare.

Durante il processo di rottura, una parte dell’estere finisce per legarsi chimicamente a un aminoacido dell’enzima stesso. Quel legame va poi rotto da un’altra reazione, altrimenti l’enzima si blocca. Per orchestrare questa danza, gli enzimi naturali posizionano strategicamente gli aminoacidi nel loro sito attivo, sfruttando il pH per scambiare protoni avanti e indietro. Un meccanismo di precisione atomica, con almeno quattro fasi distinte.

I ricercatori hanno fatto lavorare a pieno regime i loro strumenti AI per il design proteico, come RFDiffusion e PLACER. Dei primi 129 enzimi progettati, solo due hanno mostrato una blanda attività catalitica. Aggiungendo PLACER al flusso di lavoro, il numero di enzimi attivi è triplicato. Ma non è bastato: gli enzimi si bloccavano dopo una sola reazione, legandosi all’estere invece di catalizzarne la rottura.

Alternando cicli di design con RFDiffusion e screening con PLACER, il team è riuscito ad aumentare la frequenza di enzimi funzionali, fino a crearne uno con un’attività paragonabile a quella degli enzimi naturali. Hanno anche dimostrato di poter usare lo stesso approccio per progettare un enzima capace di digerire il PET, una plastica comune (quella delle bottiglie per intenderci).

La strada è ancora lunga, ma promettente

Progettare enzimi da zero, specialmente quelli simili a enzimi naturali, resta un’impresa ardua. Ma ora gran parte del lavoro può essere fatto al computer, e con l’aiuto dell’intelligenza artificiale. Chissà cosa potrebbe succedere se gli scienziati riuscissero a progettare un enzima essenziale per la sopravvivenza, lo introducessero in un batterio e lo lasciassero evolvere. Forse la vita stessa potrebbe insegnarci a migliorare i nostri progetti più ambiziosi.