Η startup με τα ένζυμα τεχνητής νοημοσύνης που «τρώνε» το πλαστικό

Σε ένα εργαστήριο σε ένα πρώην εργοστάσιο παραγωγής όπλων στο Νιού Χέιβεν (Κονέκτικατ), ένα μηχάνημα θερμαίνει πλαστικά απόβλητα στους 536 βαθμούς Φαρενάιτ και παράγει μια παχύρρευστη ουσία -από υφάσματα και μεταβιομηχανικά απορρίμματα που προορίζονταν για τη χωματερή- η οποία θα τεμαχιστεί για να απλωθεί σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερη επιφάνεια.

Προορίζεται να γίνει τροφή για ένα ένζυμο που σχεδιάστηκε με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης. Το ένζυμο δημιουργήθηκε από τη startup Protein Evolution. Φιλοδοξία της εταιρείας είναι να χρησιμοποιήσει την τεχνητή νοημοσύνη για να κατασκευάσει νέα ένζυμα που θα μπορούν να διασπάσουν πλαστικά απόβλητα και υφάσματα με βάση την πλαστική ύλη.

“Στη συνέχεια θα ταΐσουμε με αυτό τους καρχαρίες”, αστειεύτηκε ο επικεφαλής του τμήματος τεχνολογίας Jay Konieczka, που στεκόταν δίπλα σε έναν αντιδραστήρα με ένζυμα και νερό, μείγμα που θα διασπάσει τα πλαστικά στα βασικά τους συστατικά. Το υλικό που προκύπτει, από τη διαδικασία που η εταιρεία ονομάζει Biopure, δεν θα διαφέρει πολύ από τον πολυεστέρα. Η Protein Evolution ευελπιστεί ότι η διαδικασία αυτή θα καταστήσει πλήρως ανακυκλώσιμα παλιά ρούχα, σεντόνια και άλλα υφάσματα.

Ο κόσμος αντιμετωπίζει σοβαρό πρόβλημα με τα πλαστικά: συνολικά περίπου 460 εκατ. τόνοι πλαστικού παράγονται ετησίως, αριθμός που αυξάνεται όσο αγοράζουμε περισσότερα πράγματα από πλαστικό. Στην πραγματικότητα, μόλις το 9% των πλαστικών προϊόντων ανακυκλώνεται, σύμφωνα με τον ΟΟΣΑ. Το υπόλοιπο 91% καταλήγει σε χωματερές ή περνά από τη διαδικασία καύσης. Σε αυτό το 91% στοχεύει ο συνιδρυτής της Protein Evolution, Jonathan Rothberg “Πρέπει να ανακυκλωθεί το 91% που δεν ανακυκλώνεται: όλα αυτά τα απόβλητα, που αποτελούνται από μείγματα υλών”, σημείωσε ο Rothberg, εφευρέτης και επιχειρηματίας, γνωστός για την εμπορική αξιοποίηση της αλληλούχισης DNA υψηλής ταχύτητας.

Στο 91% που δεν ανακυκλώνεται οι επιστήμονες βλέπουν ότι υπάρχουν δυνατότητες για τη βιολογική ανακύκλωση: τη χρήση ενζύμων που διασπούν γρήγορα το πλαστικό χωρίς να δημιουργούν μικροπλαστικά ή να υποβαθμίζουν το υλικό κατά τη διαδικασία. Αλλά ο αριθμός των πιθανών ενζύμων που “τρώνε” το πλαστικό είναι μεγαλύτερος από τα άτομα που γνωρίζουμε στο Σύμπαν, γεγονός που δυσκολεύει τους ερευνητές να σημειώσουν γρήγορη πρόοδο.

Εδώ έρχεται η τεχνητή νοημοσύνη. “Τα τελευταία πέντε χρόνια, ο κόσμος της μηχανικής ενζύμων έχει ανοίξει λόγω της τεχνητής νοημοσύνης”, δήλωσε ο Konieczka. Το ιδιόκτητο μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης της Protein Evolution ενσωματώνει δεδομένα για δεκάδες χιλιάδες πρωτεΐνες που το βοηθούν να παράγει χιλιάδες συνδυασμούς αμινοξέων που δημιουργούν νέα ένζυμα. Στη συνέχεια, η Protein Evolution χρησιμοποιεί αλγορίθμους, συμπεριλαμβανομένου του συστήματος AI AlphaFold που αναπτύχθηκε από την Google DeepMind, το οποίο προβλέπει τη δομή μιας πρωτεΐνης από την αλληλουχία αμινοξέων της, και δοκιμάζει αυτές που φαίνονται εν δυνάμει πιο αποτελεσματικές στους αντιδραστήρες του εργαστηρίου της.

Όταν ξεκίνησε το Protein Evolution, τα περισσότερα από τα νέα ένζυμα που πρότεινε το μοντέλο AI ήταν “σκουπίδια”, δήλωσε ο Konieczka, αλλά καθώς η ομάδα ενσωμάτωσε νέες πληροφορίες σχετικά με το τι απέδιδε και τι όχι, με την πάροδο του χρόνου το μοντέλο AI έμαθε να σχεδιάζει καλύτερα ένζυμα που καταστρέφουν τα πλαστικά.

Ο Konieczka υπολογίζει ότι μπορεί να συνεχίσει να βελτιώνει τον σχεδιασμό ώστε τα ένζυμα να αποδίδουν με μεγαλύτερη ταχύτητα ή σε ελαφρώς χαμηλότερες θερμοκρασίες, καθιστώντας την όλη διαδικασία πιο αποτελεσματική και φθηνότερη. “Από την πρώτη μέρα επικεντρωθήκαμε στο κόστος”, δήλωσε ο Κόνορ Λιν, συνιδρυτής της Protein Evolution, ο οποίος διευθύνει την επιχείρηση.

Με 25 εκατ. δολάρια κεφάλαια και με στόχο να σηκώσουν τουλάχιστον άλλα τόσα σε χρηματοδότητση φέτος, η startup -ηλικίας 3 ετών- ετοιμάζεται να κατασκευάσει το 2025 ένα πιλοτικό εργοστάσιο που θα μπορούσε να παράγει 300 τόνους ανακυκλωμένου πλαστικού ετησίως. Με ορίζοντα το 2028, ευελπιστεί να κατασκευάσει ένα εμπορικό εργοστάσιο με δυναμικότητα παραγωγής 50.000 τόνων ετησίως.

Η Protein Evolution δεν είναι η μόνη εταιρεία που προσπαθεί να κάνει τη βιολογική ανακύκλωση πραγματικότητα. Η γαλλική εταιρεία Carbios, εισηγμένη στο χρηματιστήριο με κεφαλαιοποίηση περίπου 400 εκατ. δολάρια, άνοιξε την περασμένη εβδομάδα το έδαφος για ένα εργοστάσιο βιολογικής ανακύκλωσης κοντά στα βελγικά σύνορα με δυναμικότητα παραγωγής 50.000 τόνων. Και η Breaking, η οποία βασίζεται σε ένα μικρόβιο γνωστό ως X-32 που “τρώει” το πλαστικό, ξεπήδησε πρόσφατα από την Colossal Biosciences, τη startup που συνίδρυσαν ο γενετιστής του Χάρβαρντ, Τζορτζ Τσερτς, και ο επιχειρηματίας Μπεν Λαμ. “Πιστεύουμε ότι είναι ένα υπαρξιακό πρόβλημα, για το οποίο θα έπρεπε να υπάρχουν 1.000 εταιρείες που να ασχολούνται με αυτό”, δήλωσε πρόσφατα ο Λαμ.

Όλες αυτές τις εταιρείες είναι φρέσκες, και το μέλλον τους ενέχει κινδύνους. Σήμερα, η Protein Evolution έχει λίγα έσοδα από συμφωνίες ανάπτυξης ΄που έχει συνάψει με μερικά brands, όπως της Βρετανής σχεδιάστριας Stella McCartney. Για να φτάσει σε εμπορική κλίμακα, η Protein Evolution θα πρέπει να κατασκευάσει το εργοστάσιο των 50.000 τόνων, να εισέλθει στην αλυσίδα εφοδιασμού διάθεσης πλαστικών αποβλήτων ώστε να αποκτήσει ή να αγοράσει αρκετό υλικό για ανακύκλωση και να διατηρήσει το κόστος της αρκετά χαμηλό ώστε τα διάφορα brands να θέλουν να αγοράσουν τον πολυεστέρα της.

“Δεν υπάρχει λόγος για να μην αποδώσει η τεχνολογία των ενζύμων. Τη χρησιμοποιούμε σε μια σειρά βιομηχανικών διαδικασιών”, επισήμανε ο Richard Wielechowski, αναλυτής επενδύσεων σε κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα στην Planet Tracker. Τα ένζυμα χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, στην επεξεργασία λυμάτων και στην παρασκευή φαρμάκων. “Κατά τη γνώμη μου, η πραγματική πρόκληση είναι το κόστος”.

O Λιν αναμένει ότι τα ετήσια έσοδα από την πιλοτική μονάδα θα φθάσουν σε μονοψήφιο αριθμό εκατομμυρίων το επόμενο έτος και ότι η πρώτη εμπορική εγκατάσταση θα έχει άμεσα έσοδα ύψους 100 εκατ. δολαρίων. “Δεν μπορεί να λυθεί η κλιματική κρίση χωρίς να λύσουμε το πρόβλημα των πλαστικών”, τόνισε.

Ο Τζόναθαν Ρόθμπεργκ, 61 ετών, περνά τις μέρες του σε μια θαλαμηγό 182 ποδιών, αγκυροβολημένη στα ανοιχτά των ακτών του Μαϊάμι, που είναι διαμορφωμένη ως κανονικό εργαστήριο με μηχανήματα PCR, τρισδιάστατους εκτυπωτές και άλλον εξοπλισμό. Ο Ρόθμπεργκ, ο οποίος έλαβε το Εθνικό Μετάλλιο Τεχνολογίας και Καινοτομίας για το έργο του στην αλληλούχιση του DNA, έχει ιδρύσει δώδεκα εταιρείες, μεταξύ των οποίων μία που ανέπτυξε τεστ PCR για την Covid-19 κατά τις πρώτες ημέρες της πανδημίας (Detect) και μία άλλη που συρρίκνωσε τα μηχανήματα υπερήχων σε μέγεθος χειρός (Butterfly Network).

Αφού πούλησε μια άλλη εταιρεία που συνδεόταν με ένζυμα, την RainDance Technologies, στην εταιρεία διαγνωστικών τεστ Bio-Rad Laboratories έναντι 73 εκατ. δολαρίων, ο ίδιος και ο 25χρονος Lynn, που συνεργαζόταν μαζί του σε θέματα στρατηγικής και χρηματοδότησης σε άλλες startups, άρχισαν να διερευνούν τι άλλο θα μπορούσαν να κάνουν με τα ένζυμα. “Δεν είχαμε βρει την εφαρμογή-δολοφόνο”, τόνισε ο Lynn.

Οι αποδείξεις ότι τα ένζυμα μπορούν να διασπάσουν τα πλαστικά χρονολογούνται από δεκαετίες. Το 2016, μια ιαπωνική ερευνητική ομάδα δημοσίευσε μια εργασία που έδειχνε ότι ένα ένζυμο που ονομάζεται “PETase” μπορούσε να “μασήσει” τα μπουκάλια PET. Όμως η φύση δεν δημιούργησε το ένζυμο για να λειτουργεί στο πλαστικό – θα έπρεπε να τρώει το πλαστικό πολύ πιο γρήγορα για να αποτελεί κάποια λύση στο πρόβλημα των πλαστικών απορριμμάτων. Αν όμως μπορούσε να αναπτυχθεί το κατάλληλο ένζυμο, θα ήταν ιδανικό για τη διάσπαση των πλαστικών, τα οποία μπορεί να χρειαστούν εκατοντάδες χρόνια για να αποσυντεθούν σε μια χωματερή και ακόμη και τότε απλώς μετατρέπονται σε μικροπλαστικά.

Ο Rothberg συνειδητοποίησε ότι τα πλαστικά θα μπορούσαν να αποτελέσουν τον ιδανικό στόχο για την ανάπτυξη νέων ενζύμων με τεχνητή νοημοσύνη, αφού γνώρισε τον Ludwik Leibler, έναν φυσικό στο ESPCI ParisTech, ο οποίος μελετούσε την απόδοση των πλαστικών για δεκαετίες. Η ομάδα του ESPCI εργαζόταν πάνω στη μηχανική ανάπτυξη ενζύμων που θα μπορούσαν να διασπάσουν τα πολυμερή στα δομικά τους στοιχεία, γνωστά ως μονομερή, ώστε να καταστεί δυνατή η ανακύκλωση.

“Ο Ludwik μου είπε: ‘Κοίτα, δεν είναι μόνο η κατανάλωση πλαστικών’,” είπε ο Rothberg. “Τα πλαστικά δεν είναι καν έτοιμα να φαγωθούν, δεν είναι σε μια κατάσταση που να επιτρέπουν στα ένζυμα να πλησιάσουν αρκετά. Οπότε όπως κι αν κατασκευάσετε τα ένζυμα, δεν θα έχετε ποτέ τα σαγόνια του Pacman. Πρώτα πρέπει να ανοίξεις τα πλαστικά και μετά να εφαρμόσεις την ενζυμική τεχνολογία”.

Τον Οκτώβριο του 2021, ο Ρόθμπεργκ και ο Λιν εγκαινίασαν την Protein Evolution για να επικεντρωθούν στην ανακύκλωση πλαστικών. (Η εταιρεία, όπως και οι άλλες startups του Ρόθμπεργκ, δεν έχει ακόμη CEO). Στη συνέχεια, οι ερευνητές της ομάδας άρχισαν να σχεδιάζουν ένζυμα χρησιμοποιώντας την τεχνητή νοημοσύνη για να ταξινομήσουν γρήγορα τον αδιανόητο αριθμό πιθανών ενζύμων.

“Ο συνδυασμός της χρήσης τεχνητής νοημοσύνης και βιολογικής μηχανικής τούς επέτρεψε να κινηθούν πολύ γρήγορα”, δήλωσε η Sophie Bakalar, επενδυτής στο Collaborative Fund, το οποίο μελέτησε πολλές επιχειρήσεις ανακύκλωσης πλαστικών πριν επενδύσει στην Protein Evolution. “Η τεχνητή νοημοσύνη είναι στο επίκεντρο αυτή τη στιγμή, αλλά αυτοί εργάζονταν από την αρχή με βάση την τεχνητή νοημοσύνη. Δεν είναι μια εταιρεία που απλώς ανεβαίνει στο τρένο της διαφήμισης”.

Για να παρουσιάσει τη βιολογική διαδικασία ανακύκλωσής της, η Protein Evolution συνεργάστηκε με τη σχεδιάστρια μόδας Stella McCartney, στέλνοντάς της ανακυκλωμένα υλικά από μερικά από τα πιο σκληρά πλαστικά απόβλητα που μπόρεσαν να βρουν: όπως τους βιομηχανικούς ιμάντες που χρησιμοποιούνται για να δένουν τα εμπορευματοκιβώτια. Στην COP 28, τη διάσκεψη των Ηνωμένων Εθνών για την κλιματική αλλαγή στο Ντουμπάι τον περασμένο Δεκέμβριο, η McCartney παρουσίασε ένα σακάκι που είχε κατασκευάσει με τα υλικά αυτά, το πρώτο ρούχο που κατασκευάστηκε ποτέ με βιολογική ανακύκλωση.

Ενώ το σακάκι ήταν μόνο για παρουσίαση, η McCartney δήλωσε στο Forbes ότι ελπίζει μελλοντικά να χρησιμοποιήσει τα υλικά της εταιρείας στα ρούχα της και στα “vegan” αξεσουάρ της. “Λύσεις όπως η Protein Evolution είναι το μέλλον της μόδας – ένα μέλλον όπου μπορούμε να μετατρέψουμε τα απόβλητα μέσω της κυκλικότητας και της ανακύκλωσης, δημιουργώντας προϊόντα πολυτελούς ποιότητας χωρίς τη χρήση νέων υλικών”, δήλωσε η McCartney σε e-mail της.

Ως ειδική σύμβουλος για τη βιωσιμότητα του κολοσσού της μόδας LVMH, η McCartney δήλωσε επίσης ότι προωθεί τα υλικά στην LVMH και στον δισεκατομμυριούχο πρόεδρο και CEO της, Bernard Aurnault. “Ελπίζω ότι θα ακολουθήσουν το δικό μας βιώσιμο παράδειγμα”, πρόσθεσε.

Η Protein Evolution έχει υπογράψει συμφωνίες με πέντε brands μόδας μέχρι στιγμής, εκτός από τη Stella McCartney, δήλωσε ο Lynn, αν και δεν τις κατονόμασε για λόγους εμπιστευτικότητας. Έχει ένα επιθετικό χρονοδιάγραμμα για την εμπορική αξιοποίηση της τεχνολογίας. Ο Lynn ελπίζει να λάβει κυβερνητικά κίνητρα για την κατασκευή της νέας μονάδας και πιστεύει επίσης ότι οι κρατικοί κανονισμοί, όπως η απαγόρευση της Μασαχουσέτης να στέλνονται τα υφάσματα στις χωματερές, θα δώσουν ώθηση στο εγχείρημά τους αυξάνοντας τη ζήτηση για ανακυκλωμένα πλαστικά. Είπε επίσης ότι η εταιρεία θα πρέπει να είναι σε θέση να παράγει τον ανακυκλωμένο πολυεστέρα της σε τιμή που σχεδόν ίδια με τον πολυεστέρα που βασίζεται στο πετρέλαιο.

“Τίποτα δεν εκτοξεύεται μέχρι να έχει την ίδια τιμή με αυτό που αντικαθιστάς”, δήλωσε ο Ρόθμπεργκ. “Οι διαδικασίες που αναπτύσσουμε τώρα είναι ανταγωνιστικές με τα πρωτογενή πλαστικά και θα γίνουν πιο ανταγωνιστικές αν έχουμε πόλεμο και η τιμή του πετρελαίου ανέβει. Νομίζω ότι όταν το πετρέλαιο είναι πάνω από τα 80 δολάρια το βαρέλι [όπως σήμερα], δεν είμαστε απλώς ανταγωνιστικοί – είμαστε καλύτεροι”.

Η Tiffany Hua, αναλύτρια της Lux Research που παρακολουθεί τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα και την ανακύκλωση τους, δήλωσε ότι η ενζυμική ανακύκλωση είναι πολλά υποσχόμενη, αλλά ακόμη είναι μια καινοτομία σε πρώιμο στάδιο και ότι τα μεγάλα ερωτήματα για την Protein Evolution θα προκύψουν καθώς θα αναπτύσσει τα εργοστάσιά της. “Υπάρχουν πολλές βελτιώσεις που μπορούν να γίνουν σε επίπεδο βιομηχανικής παραγωγής, και είναι ακόμη πιο πολύπλοκες με αυτές τις βιολογικές διαδικασίες ανακύκλωσης”, επισήμανε.

Μακροπρόθεσμα, ο Lynn ευελπιστεί να κερδίσει έδαφος η εταιρεία πέρα από τη μόδα και να αναπτυχθεί στην ανακύκλωση συνθετικών υλικών πέρα από τον πολυεστέρα, όπως το νάιλον ή ακόμη και υφάσματα που έχουν επικαλυφθεί με χημικά ή PFAS. “Ο πολυεστέρας είναι παντού”, είπε. “Μας ενδιαφέρει να μπούμε σε ρούχα χαμηλού κόστους και εναλλακτικές χρήσεις για πολυεστέρα και χαλιά, όπως και να προχωρήσουμε σε υλικά συσκευασίας”.

Ένας δυνητικά μεγαλύτερος στόχος που εξετάζει η Protein Evolution είναι η χρήση ενζύμων για την ανάπτυξη ενός νέου τύπου πλαστικών που βιοδιασπώνται μόνα τους. Αυτό αποτελεί το “ιερό δισκοπότηρο” για όσους ενδιαφέρονται για το περιβάλλον.

“Μόλις διασπάσετε το ΡΕΤ στα θεμελιώδη δομικά του στοιχεία, μπορείτε να το ξαναφτιάξετε ως ΡΕΤ; Ναι. Μπορείτε να το συνθέσετε σε διαφορετικά πράγματα με νέες ιδιότητες και εφαρμογές; Ναι, μπορείτε”, σχολίασε ο Paul Anastas, καθηγητής χημείας για το περιβάλλον στο Yale και πρώην αξιωματούχος της EPA, ο οποίος είναι επιστημονικός σύμβουλος της εταιρείας. “Δεν πρόκειται απλώς για την αποσυναρμολόγηση των κομματιών και την επανασύνθεσή τους με πανομοιότυπο τρόπο. Πρόκειται για τη μετατροπή των κακών πλαστικών σε καλά πλαστικά”.