Новый фермент, найденный в компосте установил рекорд скорости по расщеплению пластика

Пластиковый контейнер, выброшенный на свалку, может разлагаться естественным путем сотни лет, но недавно обнаруженный фермент может съесть эти отходы менее чем за день.

Высокоэффективная полиэфирная гидролаза, известная как PHL7, была недавно обнаружена на немецком кладбище, переваривающей компост.

В лаборатории исследователи обнаружили, что она способна разлагать полиэтилентерефталат (ПЭТ) на 90 процентов в течение 16 часов.

PHL7 - не первый природный "пожиратель пластика", обнаруженный учеными, но он самый быстрый.

В 2016 году фермент, поглощающий ПЭТ, под названием LLC был обнаружен на заводе по переработке отходов в Японии. В последующие годы его стали называть "золотым стандартом" для уничтожения пластика. Но недавно обнаруженный PHL7 справляется с этой задачей в два раза быстрее. 

С 2016 года ученые модифицировали фермент LLC, чтобы создать еще более прожорливого мутанта, чем естественный, но даже этому синтетическому созданию есть чему поучиться у PHL7. 

"Фермент, открытый в Лейпциге, может внести важный вклад в создание альтернативных энергосберегающих процессов переработки пластика", - говорит микробиолог Вольфганг Циммерманн из Лейпцигского университета в Германии.

"Биокатализатор, разработанный в Лейпциге, показал высокую эффективность в быстром разложении использованной пищевой упаковки ПЭТ и подходит для использования в экологически чистом процессе переработки, в котором из продуктов разложения может быть получен новый пластик".

К сожалению, ни PHL7, ни LCC не могут полностью разлагать ПЭТ-пластики с более высокой кристалличностью (более организованной молекулярной структурой), такие как те, которые используются в некоторых бутылках.

Но если дать PHL7 сетку для фруктов из ПЭТ-пластика, он сможет разложить отходы менее чем за 24 часа.

Еще лучше то, что побочные продукты этого процесса переработки могут быть использованы для создания новых пластиковых контейнеров.

Возможности переработки отходов огромны. Каждый год в мире производится более 82 миллионов метрических тонн ПЭТ, и лишь небольшой процент перерабатывается в новый пластик.

Даже если пластиковое изделие отправляется на завод по переработке, процесс его переплавки и создания нового продукта является энергоемким и дорогостоящим. 

Биологическая переработка, с другой стороны, может помочь создать дешевую и эффективную круговую экономику пластика. В последние несколько лет ученые пытаются разработать бактерии, пожирающие пластик, именно для этой цели.

PHL7 выделяется среди других найденных на сегодняшний день кандидатов. То, как она быстро расщепляет ПЭТ, похоже, зависит от одного строительного блока в ее ДНК.

В определенном месте своей аминокислотной последовательности PHL7 несет лейцин там, где другие ферменты несут остаток фенилаланина. В прошлом лейцин в этой позиции был связан со связыванием полимеров с ферментами.

Когда исследователи из Германии заменили фенилаланин на лейцин в другом ферменте, организм стал гораздо быстрее расщеплять пластик. Фактически, его эффективность была на одном уровне с PHL7.

По сравнению с ферментами LLC, фермент PHL7 также был способен связываться с большим количеством полимеров в лаборатории.

"Эти результаты позволяют предположить, что замена фенилаланина на лейцин может быть частично ответственна за изменение вклада энергии связывания на остаток в PHL7", - пишут авторы.

PHL7 не только быстрый, этот фермент не требует никакой предварительной обработки, прежде чем он начнет работать. Он разъедает пластик без измельчения или плавления. 

Процесс переработки побочных продуктов также не зависит от нефтехимических продуктов.

"Таким образом, - заключают авторы, - используя мощные ферменты, такие как PHL7, можно напрямую перерабатывать термоформованную ПЭТ-упаковку, полученную от потребителей, в замкнутом цикле с низким углеродным следом и без использования нефтехимикатов, реализуя устойчивый процесс переработки важного потока отходов ПЭТ-пластика".

Учитывая плачевное состояние загрязнения пластиком во всем мире, это звучит как мечта. Команда исследователей из Лейпцигского университета сейчас работает над созданием прототипа.

Исследование было опубликовано в журнале ChemSusChem.