Коктейль из энзимов, поедающих пластик, открывает новую надежду на пластиковые отходы

Ученые, которые модернизировали фермент ПЭТазу, поедающий пластик, теперь создали ферментный «коктейль», который может переваривать пластик в шесть раз быстрее.

Второй фермент, обнаруженный в той же самой мусорной бактерии, которая питается пластиковыми бутылками, был объединен с ПЭТазой для ускорения разрушения пластика.

PETase расщепляет полиэтилентерефталат (ПЭТ) на его строительные блоки, создавая возможность бесконечно перерабатывать пластик и уменьшать загрязнение пластиком и выбросы парниковых газов, вызывающих изменение климата.

ПЭТ является наиболее распространенным термопластом, который используется для изготовления одноразовых бутылок для напитков, одежды и ковров, и требуется сотни лет, чтобы разрушиться в окружающей среде, но ПЭТаза может сократить это время до нескольких дней.

Первоначальное открытие открыло перспективу революции в переработке пластика, создав потенциальное низкоэнергетическое решение для утилизации пластиковых отходов. Команда разработала в лаборатории натуральный фермент ПЭТаза, который примерно на 20% быстрее расщепляет ПЭТ.

Теперь та же трансатлантическая команда объединила ПЭТазу и ее « партнер », второй фермент под названием MHETase, чтобы добиться гораздо больших улучшений: простое смешивание ПЭТазы с MHETase удвоило скорость разложения ПЭТ и разработало связь между двумя ферментами для создать «суперфермент», увеличив его активность еще в три раза.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Команду возглавляли ученые, разработавшие PETase, профессор Джон МакГихан, директор Центра инноваций ферментов (CEI) Портсмутского университета, и доктор Грегг Бекхэм, старший научный сотрудник Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL). в США.

Профессор МакГихан сказал: «Мы с Греггом болтали о том, как PETase атакует поверхность пластика, а MHETase измельчает все дальше, поэтому казалось естественным посмотреть, можем ли мы использовать их вместе, имитируя то, что происходит в природе.

«Наши первые эксперименты показали, что они действительно лучше работали вместе, поэтому мы решили попытаться физически связать их, как двух пакменов, соединенных веревкой.

«Потребовалась большая работа по обе стороны Атлантики, но она того стоила — мы были рады видеть, что наш новый химерный фермент работает в три раза быстрее, чем отдельные ферменты, полученные естественным путем, что открывает новые возможности для дальнейшие улучшения «.

Первоначальное открытие фермента ПЭТаза возвестило первую надежду на то, что решение глобальной проблемы загрязнения пластиком может быть в пределах досягаемости, хотя одна ПЭТаза еще не достаточно быстра, чтобы сделать процесс коммерчески жизнеспособным для обработки тонны выброшенных ПЭТ-бутылок, засоряющих планету.

Объединение его со вторым ферментом и обнаружение, что вместе они работают еще быстрее, означает, что был сделан еще один шаг вперед в поиске решения для пластиковых отходов.

И ПЭТаза, и новая комбинированная МНЕТаза-ПЭТаза работают, переваривая ПЭТ-пластик, возвращая ему исходные строительные блоки. Это позволяет производить и повторно использовать пластмассы бесконечно, уменьшая нашу зависимость от ископаемых ресурсов, таких как нефть и газ.

Профессор МакГихан использовал алмазный источник света в Оксфордшире, синхротрон, который использует интенсивные рентгеновские лучи в 10 миллиардов раз ярче Солнца, чтобы действовать как микроскоп, достаточно мощный, чтобы видеть отдельные атомы. Это позволило команде решить трехмерную структуру фермента MHETase, предоставив им молекулярные схемы для начала разработки более быстрой ферментной системы.

Новое исследование объединило структурный, вычислительный, биохимический и биоинформатический подходы, чтобы раскрыть молекулярную информацию о его структуре и том, как она функционирует. Это исследование было результатом огромных коллективных усилий с участием ученых на всех уровнях их карьеры.

Одна из самых молодых авторов, Рози Грэм, соучредитель Портсмутского CEI-NREL, аспирантка сказала: «Моя любимая часть исследования — это то, как зарождаются идеи, будь то за чашкой кофе, в поезде или при проезде по коридорам университета. действительно быть в любой момент.

«Это действительно прекрасная возможность учиться и расти в рамках этого сотрудничества Великобритании и США, и, тем более, внести свой вклад в еще один рассказ об использовании ферментов для борьбы с некоторыми из наших наиболее загрязняющих пластиков».

Центр инноваций ферментов берет ферменты из естественной окружающей среды и, используя синтетическую биологию, адаптирует их для создания новых ферментов для промышленности.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Портсмутским университетом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Брэндон К. Нотт, Эрика Эриксон, Марк Д. Аллен, Джафет Э. Гадо, Рози Грэм, Фиона Л. Кернс, Изабель Пардо, Эсе Топузлу, Джаред Дж. Андерсон, Гарри П. Остин, Грэм Доминик, Кристофер В. Джонсон, Николас А. Роррер, Каралин Дж. Шосткевич, Валери Копье, Кристина М. Пейн, Х. Ли Вудкок, Брайон С. Донохо, Грегг Т. Бекхэм, Джон Э. МакГихан. Характеристика и разработка двухферментной системы для деполимеризации пластмасс . Труды Национальной академии наук , 2020; 202006753 DOI: 10.1073 / pnas.2006753117