Инженеры создали фермент, который расщепляет пластиковые отходы за несколько часов, а не десятилетий

Как вы, несомненно, заметили, загрязнение окружающей среды пластиком вызывает беспокойство, и ученые прилагают все усилия, чтобы найти способы использования пластика без нанесения долгосрочного ущерба окружающей среде.

В новом исследовании описывается использование специально созданного варианта фермента, который значительно сокращает время, необходимое для расщепления компонентов пластика.

Мы даже могли бы использовать этот вариант фермента для очистки мест, загрязненных пластиком, говорит команда, которая его разработала.

В ходе испытаний продукты, изготовленные из полимера полиэтилентерефталата (ПЭТ), расщеплялись за неделю, а в некоторых случаях за 24 часа - это продукты, которым для нормального разложения в естественных условиях могут потребоваться столетия.

"Возможности использования этого передового процесса переработки в различных отраслях промышленности безграничны", - говорит инженер-химик Хэл Альпер из Техасского университета в Остине.

"Помимо очевидной отрасли переработки отходов, это также дает возможность корпорациям из любого сектора экономики занять лидирующие позиции в переработке своей продукции".

Команда назвала фермент FAST-PETase (функциональная, активная, стабильная и толерантная PETase). Они разработали фермент на основе естественной ПЭТАзы, которая позволяет бактериям разлагать пластик ПЭТ, и модифицировали его с помощью машинного обучения, чтобы выявить пять мутаций, которые позволят ему быстрее разлагать пластик в различных условиях окружающей среды.

После того, как вариант фермента выполнил свою работу по расщеплению пластика на основные молекулярные единицы (деполимеризация), исследователи продемонстрировали, что они могут снова собрать пластик (реполимеризация) с помощью химических процессов для создания новых пластиковых изделий.

Для поиска FAST-PETase был исследован 51 различный пластиковый контейнер, изготовленный после переработки, пять различных полиэфирных волокон, а также ткани и бутылки для воды, изготовленные из ПЭТ.

В ходе испытаний всех этих продуктов вариант фермента доказал свою эффективность и при температуре менее 50 градусов Цельсия (122 градуса по Фаренгейту).

"Если рассматривать применение для очистки окружающей среды, то вам нужен фермент, который может работать в окружающей среде при температуре окружающей среды", - говорит Альпер. "В этом требовании наша технология имеет огромное преимущество в будущем".

ПЭТ используется во многих видах потребительской упаковки, от текстиля до бутылок с газировкой. Считается, что сам по себе он составляет около 12 процентов всех глобальных отходов. Если эта цифра не достаточно пугающая, попробуйте узнать еще одну: Во всем мире менее 10 процентов всех пластмасс было переработано.

Введение FAST-PETase может в какой-то мере помочь в этом. Исследователи говорят, что она относительно дешева, портативна, и ее не так уж сложно масштабировать до промышленных масштабов, которые потребуются.

В настоящее время наиболее распространенными методами утилизации пластика являются выброс его на свалку, где он гниет очень медленно, или сжигание - что стоит дорого, потребляет много энергии и наполняет атмосферу вредными газами. Очевидно, что альтернативные стратегии крайне необходимы, и это может стать одной из них.

"Эта работа действительно демонстрирует возможности объединения различных дисциплин, от синтетической биологии до химической инженерии и искусственного интеллекта", - говорит биохимик Эндрю Эллингтон из Техасского университета в Остине.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.