Ученые открыли способ расщепления пластика за считанные дни
Ученые модифицировали фермент, способный расщеплять пластик за одну неделю, чтобы создать свежий материал для новых продуктов.
Группа ученых из Техасского университета в Остине создала модифицированный фермент, способный расщеплять пластмассы, на разложение которых в противном случае ушли бы столетия, за считанные дни.
Исследователи, опубликовавшие свои выводы в рецензируемом журнале Nature на прошлой неделе, использовали машинное обучение, чтобы обнаружить мутации и создать быстродействующий белок, способный расщеплять строительные блоки полиэтилентерефталата (ПЭТ), синтетической смолы, используемой в волокнах одежды и пластика, которые, согласно исследованию, составляют 12 процентов мировых отходов.
Это происходит с помощью процесса, называемого деполимеризацией, в котором катализатор разделяет строительные блоки, из которых состоит ПЭТ, на их исходные мономеры, которые затем можно реполимеризовать — снова превратить в первичный пластик и использовать для создания новых продуктов. Впечатлет, что ферменты разрушили пластик всего за одну неделю!
«Что мы можем сделать, так это разбить ПЭТ на исходные мономеры», — сказал по телефону в интервью Motherboard Хэл Альпер, профессор химического машиностроения и автор статьи. «Именно делает фермент. А затем, когда у вас есть исходный мономер, вы как будто делаете новый пластик с нуля, с тем преимуществом, что вам не нужно использовать дополнительные нефтяные ресурсы».
«Это имеет преимущества по сравнению с традиционной конвейерной переработкой», — добавил Альпер. «Если вы плавите пластик, а затем снова придаете ему форму, вы постепенно теряете целостность пластика с каждой переработкой. В то время как деполимеризация, а затем химическая реполимеризация, всякий раз дает на выходе первичный ПЭТ-пластик».
Их работа дополняет существующую линию исследований ферментов, поедающих пластик, которые были впервые зарегистрированы в 2005 году, и с тех пор за ними последовало открытие 19 различных ферментов, отмечается в документе. Они получены из встречающихся в природе бактерий, которые живут на пластике в окружающей среде.
К сожалению, многие из этих встречающихся в природе ферментов состоят из перестановок белков, которые хорошо функционируют в своей конкретной среде, но ограничены условиями температуры и pH, и поэтому не могут использоваться в широком диапазоне условий, например, в центрах переработки - утверждают авторы. Фермент, обнаруженный Альпером и его командой, напротив, может расщеплять 51 тип ПЭТ в различных условиях температуры и pH.
Исследователи назвали фермент FAST-PETase (аббревиатура от «функциональная, активная, стабильная и толерантная ПЭТаза») и определили его точную структуру с помощью машинного обучения. Алгоритм натренировали на 19 000 белковых структурах и научили предсказывать положения аминокислот в структуре, которые не оптимизированы для своего локального окружения. Они также использовали формулу для перестановки аминокислот из существующих типов ПЭТазы в новые положения, определили улучшенные комбинации и остановились на структуре, активность которой в 2,4 раза выше, чем у существующего фермента ПЭТазы при 40 градусах Цельсия, и в 38 раз больше активности при 50 градусах. Цельсия.
Затем его протестировали в диапазоне температур и pH, и он также показал превосходство над существующиими вариантами.
«То, что вы видите в природе, вероятно, в своем роде, оптимально, по крайней мере, в локальной среде вокруг каждой из этих аминокислот», — сказал Альпер. «Мы можем начать изучать интересующий белок и начать изучать каждую из аминокислот в нем, смотреть на его собственное микроокружение и смотреть, что подходит, а что нет».
Альпер и его команда надеются, что их фермент будет более масштабируемым, чем большинство других, и что удастся испытать ПЭТ-азу в борьбе с глобальным кризисом пластмасс. FAST-PETase, уже способная выдерживать ряд условий, теперь должна доказать, что она может быть «портативной и доступной в крупном промышленном масштабе».
Во-первых, говорит Альпер, он и его команда должны протестировать FAST-PETase на широком спектре различных типов ПЭТ, обнаруженных в потоке отходов, а также на детрите, который часто встречается в пластиковых бутылках или на пластиковых контейнерах при переработке. Если исследователи найдут фермент или группу ферментов с надежностью для практического использования, они считают, что это может помочь справиться с «миллиардами тонн» отходов в нашей окружающей среде.
https://www.vice.com/en/article/akvm5b/scientists-discover-m...
