За несколько дней, а не столетий: ученые нашли способ быстро расщеплять пластик

Ученые использовали машинное обучение, чтобы найти мутации для создания быстродействующего белка, способного расщеплять компоненты ПЭТ (полиэтилентерефталата — синтетической пластмассы, которая используется в одежде и пластике). Согласно исследованию, ПЭТ составляет 12% мировых отходов.

Расщепление происходит за счет деполимеризации — процесса, при котором катализатор разделяет компоненты ПЭТ на оригинальные мономеры. Затем их можно полимеризовать заново (создать из них первичный пластик) и превратить в новые продукты.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature.

Отличия от других ферментов

Что удивительно, фермент, разработанный учеными, расщепляет пластик всего за неделю. По словам профессора химической инженерии и автора статьи Хэла Альпера, новый способ позволяет каждый раз производить первичный пластик, тогда как в традиционном при плавлении и повторном придании формы с каждый циклом теряется целостность пластика.

Как отмечается в статье, новый фермент дополняет уже существующие, которых с 2005 года было открыто 19. Они были получены из бактерий природного происхождения, живущих на пластике.

Читайте по теме: Эволюционное преимущество: микробы по всему миру научились питаться пластиком

Авторы утверждают, что многие из этих ферментов созданы из пермутаций белков, которые хорошо функционируют лишь при определенной температуре и кислотности. А значит, они не могут применяться в различных условиях, например в центрах переработки. В то же время фермент, обнаруженный Альпером и его командом, способен расщеплять 51 вид ПЭТ при разной температуре и кислотности.

Процесс обнаружения

Фермент получил название FAST-PETase (аббревиатура от functional, active, stable, tolerant PETase; функциональная, активная, стабильная, выносливая ПЭТаза). Точная структура FAST-PETase определена с помощью МО. 

Ученые предоставили алгоритму 19 тысяч структур белков и научили его предсказывать положение аминокислот в структуре, которые не оптимизированы для своей локальной среды.

Они также использовали формулу, чтобы переставлять аминокислоты в существующих типах ПЭТазы и выявили лучшие комбинации. Среди них была выбрана одна структура, активность которой по сравнению с существующими ферментами ПЭТазы в 2,4 раза выше при 40°C и в 38 раз — при 50°C. Затем ее протестировали при других температурах и кислотности, где она также превзошла существующие варианты.

Планы на будущее

Альпер и его команда надеются, что разработанный ими фермент будет масштабироваться лучше, чем большинство других, а также поможет бороться с глобальным кризисом пластиковых отходов.

Для начала, как утверждает Альпер, исследователям предстоит испытать FAST-PETase на различных типах ПЭТ из потока отходов и детрите, который часто встречается в пластиковых бутылках и на контейнерах. Ученые считают, что если они найдут фермент или группу ферментов, достаточно надежных для практического использования, то окружающая среди избавится от «миллиардов тонн» отходов.

Источник.