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PROYECTO DE BIOQUIMICA “IDEONELLA SAKAIENSIS”

Dirigido a: Fernando Espergues Zúñiga Integrantes: Matías Catalán E. Martin Castro S. Catalina González M. Fecha de entrega: 20-08-2018

INTRODUCCION: El plástico es cada vez un problema más grave para el medio ambiente. Es de bajo costo y sencillo de producir, pero tiene el inconveniente de que es un “mal trago” para los microbios y otros seres que se encargan las tareas de limpieza y reciclaje en la Tierra. El motivo es que el plástico está compuesto por complejos polímeros, moléculas formadas por la repetición de pequeñas unidades, que resultan muy difíciles de digerir. Por eso el plástico resulta muy poco biodegradable y puede persistir durante siglos en el medio ambiente. John McGeehan y Gregg Beckham, investigadores de la universidad de Portsmouth estaban examinando la estructura de una enzima natural extraída de una bacteria descubierta en Japón en 2016, llamada Ideonella sakaiensis. Este microbio, hallado en un centro de tratamiento de residuos, tiene la capacidad de alimentarse del plástico gracias al trabajo de dos enzimas: la PETasa y la MHETasa. Tras varias investigaciones, se dieron cuenta que su estructura era muy parecida a la cutinasa, enzima presente en algunas bacterias y que es capaz de degradar la cutina, un polímero producido por los vegetales. Por accidente, los investigadores descubrieron que, al modificar la estructura de la PETasa, para que se pareciera más a la cutinasa, se aumentó la capacidad de degradar el PET en un 20% aproximadamente. Dado que el PET se patentó hace aproximadamente 80 años y se usó ampliamente en la década de 1970, es probable que el sistema enzimático para la degradación y el catabolismo de la PET en I. sakaiensis apareció solo recientemente, demostrando la notable velocidad a la que los microbios pueden evolucionar para explotar nuevos sustratos: en este caso, los desechos de una instalación industrial de reciclado de PET. Además, dados los resultados obtenidos para el doble mutante de PETasa, es probable que persista un potencial significativo para mejorar aún más su actividad. Si nos ponemos en el caso de que este microorganismo fue descubierto en 2016 y a la fecha ya se ha podido mejorar su rendimiento

considerablemente, las expectativas sobre este proceso son muy grandes, ya que en un par de años se podría llevar a niveles industriales.

OBJETIVOS: Nuestro objetivo con este proyecto es poder colocar una empresa en la Región de Valparaíso con el fin de poder combatir la contaminación dentro de la región, mejorando así las condiciones ambientales dentro de esta. Si este proceso cumpliera con todas las expectativas, el siguiente paso sería lograr métodos para comenzar a limpiar en primer lugar las costas chilenas. Todo este proceso estaría centrado en una planta donde procesaríamos grandes cantidades de PET. Para poder recolectar el plástico, pensamos en poner lugares de recolección a lo largo y ancho de toda la región, además de utilizar los lugares de acopio ya existentes, para poder realizar un trabajo con la ayuda y junto a las autoridades regionales. Ya cuando la empresa sea relativamente conocida, se espera la ayuda de la comunidad, ya que gran parte de los residuos plásticos son de consumo doméstico. Por lo que haría falta lograr culturizar e informar a la gente de donde se encuentran los diversos puntos de recolección y del bien que se puede lograr, para poder así generar un verdadero avance contra la contaminación. Generar instancias para poder enseñarle a la gente los beneficios que esto puede generar, concientizar a la gente de lo que esta pasando a nivel mundial. Una de las grandes ventajas que tiene este método microbiológico, es que logra degradar al PET en sus componentes principales que son el acido Teleftalico y etilenglicol, por lo que podríamos generar recursos e ingresos para el funcionamiento y el costo de mantener la empresa. Siguiendo con lo mismo, las condiciones con las que necesitamos trabajar, a nivel industrial, son sencillas de poder llevar a cabo, ya que el microorganismo tan solo necesita agua y una temperatura ambiente de

unos 30[°C], para degradar el PET en tan solo dos semanas. Cabe recalcar que este tipo de proceso aun no ha podido ser llevado a niveles industriales, por lo que en los próximos años podrían existir cambios que aumenten exponencialmente los resultados. Con todas estas acciones esperamos poder realizar un verdadero cambio en la región, y con resultados, poder darnos a conocer alrededor del mundo, ya que este proceso es muy esperanzador frente al problema de la contaminación del plástico.

Alcance: El PET rodea nuestro día a día, se produce a tanta cantidad que está comenzando a saturar nuestros espacios mayoritariamente los océanos y mares, el PET llega a mares y océanos cada año 200 veces el peso de la torre Eiffel, se proyecta que la razón para el 2050 la cantidad de PET en el mar sea mayor a la cantidad de seres vivos marítimos, siendo así el contaminante número uno de los océanos y mares Además, la productividad del plástico en 2020 será aproximadamente 500 millones de toneladas, un 900% más que hace 30 años. Al ser un problema tan extenso, podemos decir con facilidad que nuestro proyecto puede alcanzar un marco de desarrollo mundial ya que a través del tiempo se ha generado más conciencia en la sociedad con respecto a la contaminación, lo que es un tema actual bastante preocupante, y por ello las comunidades afectadas verán los efectos positivos de la realización del servicio, por ende, la demanda para hacer efectiva la descontaminación de plásticos PET será bastante alta. Así mismo motivando a las personas a ayudar al medio ambiente, requiriendo de su ayuda para recolectar el plástico. Nuestro propósito como emprendedores es ayudar a la población con una situación mundial que ya está comenzando a traer problemas, además de inculcar cultura a las personas, dando a conocer el daño que estamos generando en el planeta y todas las consecuencias que trae y traerá. Vamos a dar inicio a un proyecto que lograra ayudar al medio ambiente de forma directa. Todos los países necesitan ayuda en esta rama de contaminación.

La degradación del PET ejercería un cambio muy significativo a nivel mundial, ya que este es complicado de manejar, de modo que la producción es de muy bajo costo, y la parte que se logra reciclar no es suficiente, además otras formas de degradación son demasiado costosas y también contraen contaminación. Por lo que esta idea revolucionaria de degradación de PET mediante procesos bioquímicos que no conllevan contaminación solo traerá beneficios a la población. Además, el producto final es la completa degradación de PET y monómeros no dañinos para el medio ambiente, que podemos volver a utilizar, teniendo en cuenta que son derivados del petróleo, disminuyen el uso de este, y ayudan a generar el pet por lo tanto además de descontaminar las grandes cantidades de pet, podemos reutilizar el producto final. A pesar de que es un proyecto que puede llegar a generar un cambio en la situación mundial, nosotros comenzaremos por la descontaminación de la ciudad de Valparaíso ya que al principio no podríamos hacer algo de tal magnitud debido a que involucran altos costos de inversión.

Estado de técnica: Para este proyecto trabajaremos con la bacteria Ideonella Sakaiensis, esta cepa puede usar el plástico como fuente de carbono y energía al hidrolizar el PET. El intermedio de reacción formado en este proceso, el ácido mono (2-hidroxietil) tereftalico, se convierte, usando dos poderosas enzimas, en dos monómeros no amenazadores llamados ácidos tereftalico y etilenglicol. Después de estudiar el metabolismo bacteriano más de cerca, los científicos ahora creen que la bacteria primero se adhiere al plástico usando algún tipo de apéndices cortos en forma de brazo. A continuación, secreta una exoenzima que genera el intermediario químico antes mencionado. Una vez que el PET se degrada sustancialmente, el material puede ser absorbido por la célula donde la segunda enzima lo degrada catabólicamente para uso metabólico. Los investigadores encontraron que el microbio había consumido el PET de forma exhaustiva y después de seis meses, el plástico se había agotado casi por completo. A nivel industrial el proceso consta de distintas fases; primero se requiere reunir cierta cantidad de PET y trasladarlo a la maquinaria de trituración, para hacer más efectiva la degradación del plástico luego de ser triturado se desplazará a un convertidor de temperatura debido a que los

microorganismos necesitan una condición física de temperatura igual a 30 grados, donde se agregará agua puesto que requieren estar en un medio acuoso para su correcto funcionamiento. Dado que la bacteria con la que trabajaremos fue descubierta hace 2 años, se tiene que el historial y el conocimiento de la bacteria es relativamente poco, por lo que se considera que el proyecto es innovador. Además, se hace notar que no existen proyectos actuales relacionados con el tema, debido a que se sigue investigando la manera de mejorar el rendimiento de la bacteria y las enzimas, por lo que en un futuro no muy lejano la metodología se lograría mejorar.

Propuesta y metodología: Cifras del Ministerio del Medio Ambiente señalan que en Chile se generan casi 17 millones de toneladas de residuos sólidos al año. Es decir, cada chileno genera un aproximado de un kilo de basura al día y un 12% de toda esa basura proviene del PET. De ese total, 6,5 millones son residuos domiciliarios. La región de Valparaíso tiene 1.820.000 habitantes por lo tanto aproximadamente se produce 664.300 toneladas de basura al año. El cual el 12% es PET (79.716 toneladas de PET anuales) y de este se recicla un 10 % (7.971,6 toneladas). Teniendo en cuenta estas cifras, realizamos cálculos para determinar el flujo de plástico degradado siendo este: 81.734.783 [ton/año]. Lo cual cubre más de un 100% del plástico producido en Valparaíso. Por lo que podemos decir que se cumplen nuestras expectativas de limpiar la región, también sabemos que en un futuro no muy lejano la productividad de la bacteria aumentará y así conseguir una cantidad de flujo mayor, pudiendo así seguir creciendo como empresa, logrando llegar a otras regiones del país, que requieren nuestra ayuda. En nuestro proyecto es fundamental la participación de los habitantes de la región, ya que esperamos que tomen conciencia sobre el tema depositando sus botellas de plástico y materiales que contengan PET en los distintos puntos de reciclaje del sector que vamos a colocar para que puedan disponer de ellos, posteriormente trasladarlo y llevar a cabo su proceso de degradación. En un principio necesitaremos apoyo económico, pretendiendo contar con ayuda de inversionistas y/o autoridades de la región o del país.

Debido a que es un proyecto que ayuda al medio ambiente y además sea presentado como algo innovador, se considera que el proyecto es un emprendimiento de impacto, la manera de poner recursos financieros a trabajar en emprendimientos que resuelven una problemática social y ambiental a partir de un modelo de negocio sostenible; es decir, que no depende de donativos. Es una inversión consciente e intencional que se hace en una empresa rentable y que genera un beneficio para la sociedad, con el objetivo de ayudarla a crecer. En Latinoamérica, existen al menos 50 inversionistas interesados en el tema de proyectos así. Estos invierten intencionalmente buscando resolver problemas ya sea en varias verticales y países o en una sola industria, con acciones enfocadas y locales. Además, están los fondos tradicionales que detectan oportunidades de negocio en la inversión de impacto y destinan parte de sus recursos en empresas sociales, más como diversificación que como su eje primordial, por lo que obtendremos la suficiente relevancia para captar atención de estos Además, Codelco se ha convertido en una de las empresas que más ha invertido en la sustentabilidad en el país. Durante 2007 se invirtieron US$ 110 millones, de los cuales 54 millones se destinaron a temas ambientales. En tanto, en el período 1995 2007, la Corporación ha entregado más de US$ 1.400 millones para proyectos medioambientales y de seguridad laboral. Codelco cuenta con una Política de Desarrollo Sustentable donde compromete una gestión preventiva, identificando, evaluando y controlando los impactos de su actividad; cumpliendo con la legislación; reduciendo o eliminando la generación de residuos y aplicando tecnologías limpias y el uso eficiente de los recursos, entre otros compromisos. Pudiendo concluir de esto que nuestra idea, obtendría ayuda fácilmente, debido a que se generaran ganancias, inmediatas, teniendo en cuenta que el proyecto se venderá para limpiar ciudades y así creciendo hasta llegar a un nivel nacional. También cabe destacar que podemos sacar provecho del producto final siendo estos: El etilenglicol el ácido tereftalico quienes son fundamentales para la producción de PET, en la fase de síntesis de monómeros. El primero es un líquido incoloro. La primera etapa para su obtención es la síntesis del etileno, que posteriormente se oxida en presencia de catalizadores hasta obtener el óxido de etileno (EO).

El EO altamente reactivo es convertido en etilenglicol mediante la adición de agua, durante una reacción altamente exotérmica, junto con la generación de dióxido de carbono. Debe ser lo más puro posible y libre de residuos de ácidos fuertes o bases. En cuanto al ácido tereftalico (TPA). Es un polvo blanco insoluble en agua. Su producción se realiza a partir del petróleo, donde la fracción de benceno mediante diversas etapas de refinación se convierte en paraxileno. Este se oxida en presencia de catalizadores hasta obtener ácido tereftalico crudo, que en etapas posteriores tendrá que ser debidamente purificado. Como notamos ambos monómeros son producidos mediante diversos procesos, que involucran petróleo y por ende contaminación. En nuestro caso, obtendremos estos monómeros, mediante un proceso bioquímico, no contaminante, que podremos vender a distintas industrias, que se enfocan en la producción de PET. Adquiriendo ganancias también de esto. Pudiendo apreciar que nuestro proyecto resulta rentable y fiable.

Planificación de actividades: Primero que nada, habría que comprar un terreno con las características que hemos mencionado a lo largo del informe, para luego poder construir e instalar la planta. Todas estas acciones serian realizadas por nosotros junto con la ayuda de los inversionistas, analizando costos y realizando presupuestos. Con la planta construida, empezar la construcción de los centros de acopio de plástico por toda la región, para que el proceso y el avance puedan tener resultados positivos prontamente. Al momento de tener esta parte del proyecto, crear afiches y publicidad para darnos a conocer por la gente que reside y usaría nuestros centros de recolección, creando así conciencia sobre lo que esta pasando con el PET a nivel local, y lograr crear una imagen confiable para todas las comunidades dentro de la región. Ya con la gente informada sobre nuestro proyecto, empezar a dar forma a la planta, con la instalación y la verificación del funcionamiento de todos los equipos. Ya con toda esta parte “técnica” realizada, encontrar alguna empresa la cual nos entregue los servicios de transporte de todos los

materiales hacia la empresa. Realizado todo esto, simplemente empezar con el funcionamiento de la planta.

Análisis de datos: 1.- Evaluación Técnica: Analizando toda la información que hemos podido encontrar, el proyecto en sí tiene un futuro muy prometedor, ya que en poco de mas de dos años, se ha logrado entender como funciona y actúa Ideonella Sakaiensis, llegando hasta a mejorar su capacidad de degradación del PET. Investigadores de la Universidad Portsmouth, han especulado que la capacidad que tiene el microorganismo podría mejorar mucho más, haciendo un paralelo con las mejoras que se han realizado en procesos como el biolavado o la fabricación de biocombustibles. Agregando a todo esto, que, en un futuro no tan lejano, el proceso industrial de eliminación del PET podría parecerse mucho a los procesos antes mencionados, afirmando que la tecnología existente, no esta tan lejana para poder crear un proceso rentable y útil. Además, los mismos investigadores afirman, que el proceso podría llegar a degradar otros tipos de materiales que se usan como opción frente al PET, tales como los PEF (polietilen-furanoato), un material creado de fuentes vegetales, PLA (acido- polilactico), PBS (succinato de polibutileno), entre otros. Los investigadores de Portsmouth y los del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de los EE. UU. en Colorado creen en Una posible mejora que se explora, es trasplantar la enzima mutante a una "bacteria extremófila" que puede sobrevivir a temperaturas superiores a 70 ° C, momento en el que el PET cambia de un estado vítreo a uno viscoso, lo que hace que se degrade 10-100 veces más rápida. Entregando aún más datos para aumentar las expectativas sobre este proyecto, apoyando a la vialidad de todo el proceso industrial.

2.- Evaluación económica: Para poder crear una estimación de la inversión que deberíamos realizar a la hora de instalar la planta desde 0. Tomando varias variables y maquinaria para realizar dicha tarea, obtuvimos lo siguiente: Biorreactor 230.000.000 pesos Condensadores 39.000.000 pesos Terreno industrial 260.000.000 pesos Gastos básicos 2.000.000 pesos (mensual) Sueldos (mensual) 80.000.000 pesos Transporte (mensual) 1.000.000 pesos Trituradora 32.500.000 pesos Construcción 300.000.000 pesos Permiso municipal 1.000.000pesos TOTAL 945.500.000 pesos

Además, como este proceso genera productos finales, los cuales pueden ser vendidos por los siguientes precios: Ácido tereftalico: 980.000 pesos por tonelada Etilenglicol: 1.100.000 pesos por tonelada Gracias a esta parte, podremos generar una gran cantidad de ingresos con el proceso, ayudando a la retroalimentación de la empresa. Además, por el hecho de ser algo que ayuda al desarrollo contra la contaminación, nuestro proyecto tendría una buena imagen y un gran apoyo de los posibles inversionistas.

Conclusiones: A lo largo de todo el proyecto, hemos podido concluir que este tipo de proceso podría lograr erradicar la contaminación del PET a nivel mundial. Los investigadores que se han preocupado de analizar y estudiar a este microorganismo no tienen más que buenas proyecciones frente a la realización de plantas de tratamiento de PET. Se logro mejorar modestamente la eficacia de la enzima en poco mas de dos años, cabe recalcar que el proceso tampoco ha tenido la repercusión que debiera tener un descubriendo de estas características. Por lo tanto, si se lograron estos pequeños, pero a la vez grandes avances en el procedimiento de estudiar a la enzima, si se pudiera expandir más, podríamos ver cambios en la velocidad de degradación del PET, mejoras en los rendimientos, mejoras en todas las maquinarias y metodologías para poder trabajar con dichos microbios. Proyectos con estos fines, son siempre bastante apoyados debido a que la gente ha ido creando conciencia frente a los problemas que hemos ido provocando como sociedad al medio ambiente. Este factor ayuda a que las empresas generen una buena imagen frente al público llamando más la atención de los inversionistas. Además de la existencia de empresas como CODELCO, que siempre “concursan” fondos para proyectos con fines ambientales. Por ende, este tipo de proyecto, siempre encontraran gente dispuesta a invertir y a ayudar.

Recomendaciones: Al ver la poca información con la que se está llevando a cabo la realización del proyecto, se sugiere que para hacer algo similar a nuestra idea, se reconsidere esperar un tiempo determinado para disponer de información concreta. Y así poder usar una metodología mejor o más eficiente. O también la realización de diversas investigaciones acerca del tema, a pesar de ser este bastante interesante, también podría surgir un verdadero cambio significativo para nosotros. Además, podemos recomendar la verdadera utilización de este método para degradar el PET, como ya vimos es muy baja la probabilidad de que sea algo poco beneficioso, tal como para las personas que invierten en este proyecto como para la sociedad o población mundial, ya que es un verdadero problema, el cual se convertirá en uno peor a futuro si continuamos utilizando plásticos, siendo estos de por sí ya abundantes en el mundo