La IA de esta startup diseña enzimas que pueden comer residuos plásticos

Los vertederos están repletos de basura plástica. Protein Evolution, del inventor en serie Jonathan Rothberg, encontró una solución: utilizar IA para crear enzimas que puedan reciclar textiles de poliéster viejos y convertirlos en un material que actúe como nuevo. Ahora la empresa de tres años necesita demostrar que puede crecer.

En un laboratorio escondido en una antigua fábrica de armas en New Haven, Connecticut, una máquina calentaba desechos plásticos a 536 grados Fahrenheit y escupía hilos pegajosos de material que comienzan a endurecerse cuando golpean el aire. Esta sustancia, hecha de textiles y desechos postindustriales destinados a un vertedero, se triturará en pedazos para crear la mayor superficie posible.

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

“Lo que sucederá después es que se lo daremos de comer a los tiburones”, bromeó el director de tecnología, Jay Konieczka, quien estaba de pie con una bata blanca de laboratorio junto a un reactor lleno de enzimas y agua, que descompondrán los plásticos hasta sus componentes centrales. Se supone que el material resultante, que la empresa llama Biopure, no se puede distinguir del poliéster elaborado a partir del petróleo y se puede utilizar del mismo modo en tejidos. Protein Evolution espera que su proceso enzimático permita que la ropa, sábanas y otros textiles viejos sean completamente reciclables.

El mundo tiene un grave problema con los plásticos, con un total de 460 millones de toneladas producidas anualmente, una cifra que sólo aumentará a medida que compremos más cosas. Según la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico, solo el 9% del plástico se recicla. El resto termina en vertederos o incinerado, y eso es a lo que el cofundador de Protein Evolution, Jonathan Rothberg, dijo que quiere apuntar. “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 mejor conocido por inventar y comercializar secuenciación de ADN de alta velocidad.

En este 91% es donde los científicos ven potencial para lo que se conoce como reciclaje biológico: usar enzimas que descomponen el plástico rápidamente sin crear microplásticos ni degradar el material en el proceso. Pero el número de posibles enzimas que comen plástico es mayor que el de átomos en el universo conocido, lo que ha dificultado que los investigadores avancen mucho.

Ingrese la inteligencia artificial. “En los últimos cinco años, el mundo de la ingeniería enzimática se ha abierto de golpe 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 le ayudan a generar miles de secuencias de aminoácidos que representan nuevas enzimas. Luego, Protein Evolution utiliza algoritmos, incluido el sistema de inteligencia artificial AlphaFold desarrollado por Google DeepMind, que predice la estructura de una proteína a partir de su secuencia de aminoácidos y prueba los que parecen más prometedores en los reactores del laboratorio.

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

Konieczka cree que puede seguir modificando el diseño para que funcionen más rápido o a temperaturas ligeramente más bajas, haciendo que todo el proceso sea más eficiente y económico. “Nos hemos centrado en los costos desde el primer día”, dijo Connor Lynn, cofundador de Protein Evolution, quien dirige el negocio.

Armada con 25 millones de dólares en financiación de riesgo y planes para recaudar al menos esa cantidad más 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 de eso, espera construir una planta comercial, con capacidad de 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 de mercado de alrededor de 400 millones de dólares, inició la semana pasada la construcción de una planta de bioreciclaje 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, surgió recientemente de Colossal Biosciences, la startup cofundada por el genetista de Harvard George Church y el empresario Ben Lamm, mejor conocido por intentar resucitar al mamut lanudo. “Creemos que este es un problema existencial en el que habría 1.000 empresas trabajando en esto”, dijo Lamm.

Para todas estas empresas, aún es temprano y la ampliación conlleva riesgos. Hoy en día, Protein Evolution genera sólo una pequeña cantidad de ingresos provenientes de acuerdos de desarrollo con un puñado de marcas de consumo, incluida la diseñadora británica Stella McCartney. Para llegar a escala comercial, Protein Evolution necesitará construir su planta de 50.000 toneladas, insertarse en la cadena de suministro de eliminación de desechos plásticos para obtener o comprar suficiente material para reciclar y mantener sus costos lo suficientemente bajos como para que las marcas estén dispuestas a comprar sus productos. poliéster.

“No habría ninguna razón por la que la tecnología no pudiera funcionar y no pudiera escalar. Utilizamos tecnología enzimática en todo tipo de procesos industriales”, dijo Richard Wielechowski, analista senior de inversiones en textiles de Planet Tracker. Las enzimas se utilizan, por ejemplo, en el tratamiento de aguas residuales y en la fabricación de medicamentos. “La verdadera advertencia para mí siempre es el costo”.

Lynn espera que los ingresos anuales de la próxima planta piloto alcancen millones de un solo dígito el próximo año, y que la primera instalación comercial alcance los US$100 millones en ingresos poco después de su apertura. “No se puede resolver el problema climático sin resolver el problema de los plásticos”, afirmó.

Jonathan Rothberg, de 61 años, pasa sus días en un yate de 182 pies 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 secuenciación de ADN, ha fundado una docena de empresas, incluida una que diseñó pruebas de PCR caseras para Covid-19 durante los primeros días de la pandemia (Detect) y otra que se redujo. Máquinas de ultrasonido de tamaño portátil (Butterfly Network).

Después de vender una empresa anterior relacionada con enzimas llamada RainDance Technologies a la empresa de diagnóstico médico 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 nuevas empresas, comenzaron a investigar qué de lo contrario les vendría bien las enzimas. “Habíamos estado incubando las enzimas, pero no teníamos la aplicación definitiva”, dijo Lynn.

La evidencia de que las enzimas pueden degradar los plásticos se remonta a décadas atrás. En 2016, un equipo de investigación japonés publicó un artículo que mostraba que una enzima llamada “PETasa” podía masticar botellas de PET. Pero la naturaleza no diseñó la enzima para actuar sobre el plástico; Se necesitaría devorar el plástico mucho más rápido para solucionar el problema de los residuos plásticos. Pero 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 convertirse en microplásticos cada vez más pequeños.

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

“Ludwik dijo: ‘Mira, no se trata sólo de comerse plásticos’”, dijo Rothberg. “Los plásticos ni siquiera están listos para ser consumidos, no están en una configuración que permita que las enzimas se acerquen lo suficiente, por lo que no importa cómo diseñes las enzimas, nunca obtendrás el primer bocado de Pacman. Primero, hay que abrir 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, al igual que otras empresas emergentes de Rothberg en sus primeras etapas, aún no tiene un director ejecutivo). Luego, los investigadores del grupo comenzaron a diseñar enzimas utilizando IA para clasificar a gran velocidad la cantidad inimaginable de enzimas potenciales.

“La combinación del uso de IA e ingeniería biológica les ha permitido avanzar muy rápidamente”, 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 muy candente en este momento, pero realmente han estado trabajando en su uso desde el principio. No son una empresa que se sube al tren de las exageraciones”.

Para mostrar su proceso de reciclaje biológico, Protein Evolution se asoció con la diseñadora de moda Stella McCartney y le envió materiales reciclados hechos de algunos de los desechos plásticos más retorcidos 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 Dubái en diciembre pasado, McCartney mostró una chaqueta ondulada de color avena que había producido con esos materiales, la primera prenda jamás confeccionada utilizando reciclaje biológico.

Si bien la chaqueta era sólo para mostrar, McCartney, una defensora desde hace mucho tiempo de la moda sostenible, le dijo a Forbes que espera utilizar el material de la compañía.

También en su prêt-à-porter y accesorios veganos. “Soluciones como Protein Evolution son el futuro de la moda: uno en el que podemos transformar los residuos a través de 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 presidente y director ejecutivo multimillonario, Bernard Aurnault. “Espero que sigan nuestro ejemplo sostenible”, escribió.

Protein Evolution ha firmado acuerdos de desarrollo con cinco marcas de moda hasta ahora además de Stella McCartney, dijo Lynn, aunque se negó a nombrarlas citando acuerdos de confidencialidad. Ahora tiene un calendario agresivo de comercialización. Lynn espera obtener incentivos gubernamentales para construir las nuevas instalaciones y también cree que las regulaciones estatales, como la prohibición de Massachusetts de enviar textiles a los vertederos, darán un impulso al aumentar la demanda de plásticos reciclados. También dijo que la empresa debería poder producir su poliéster reciclado a un precio casi equivalente al del nuevo material a base de petróleo.

“Nada despega hasta que alcanza el mismo precio que lo que estás reemplazando”, dijo Rothberg. “Los procesos que están desarrollando ahora son competitivos con los plásticos vírgenes, y se vuelven más competitivos si tenemos guerra por todos lados y el petróleo sube. Creo que cuando el petróleo supera los 80 dólares el barril [como está hoy], no sólo somos iguales: somos mejores”.

Tiffany Hua, analista de Lux Research que sigue los textiles y el reciclaje de textiles, dijo que el reciclaje enzimático es muy prometedor, pero que todavía es una innovación en etapa inicial y las grandes preguntas para Protein Evolution surgirán a medida que construya sus plantas. “Lo consideraría una innovación alucinante”, dijo. “Hay muchos ajustes en los procesos industriales y es aún más complejo con estos procesos de reciclaje biológico”.

A más largo plazo, Lynn espera ganar terreno más allá de la moda y trabajar en el reciclaje de materiales sintéticos más allá del poliéster, como el nailon o quizás incluso telas que han sido recubiertas con “químicos permanentes” o PFAS. “El poliéster está en todas partes”, dijo. “Nos interesa entrar en el sector de prendas de vestir de bajo coste y usos alternativos del poliéster y las alfombras, al igual que el sector del embalaje”.

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

“Una vez que se descompone el PET en sus componentes fundamentales, ¿se puede volver a armar como PET? Si, absolutamente. ¿Puedes combinarlo en cosas diferentes con nuevas propiedades y aplicaciones? Sí, seguro que puedes”, dijo Paul Anastas, profesor de química para el medio ambiente de Yale y ex alto funcionario de la EPA que se desempeña como asesor científico de la empresa. “No se trata sólo de desarmar las piezas y volver a unirlas de forma idéntica. Se trata de convertir potencialmente plásticos malos en plásticos buenos”.

Fuente Forbes