Фермент, разлагающий пластик – надежда для экологии
Ученые усовершенствовали фермент, встречающийся в природе и способный перерабатывать самые распространенные виды пластика, загрязняющие окружающую среду. Требуются сотни лет для того, чтобы разложился ПЭТ (полиэтилентерефталат) – термопластик, обычно используемый для изготовления бутылок, пишет bbc.com.
С помощью модифицированного фермента под названием ПЭТаза процесс разложения может запуститься всего за несколько дней. Это может стать революцией в сфере переработки, сделав процесс намного более эффективным.
В одной только Британии в год используется 13 млрд. пластиковых бутылок для напитков, из них более 3 млрд. не перерабатывается.
Вначале этот фермент был открыт в Японии, его производит бактерия, «поедающая» ПЭТ. Ideonella sakaiensis использует это вещество как основной источник энергии. В 2016 году ученые сообщили, что обнаружили штамм, обитающий на осадке в бутылках, в пункте переработке пластика в портовом городе Сакай.
«ПЭТ существует в значительных количествах только в последние примерно 50 лет, это не очень большой срок для бактерии, эволюционировавшей до способности питаться каким-либо искусственно созданным веществом», - отмечает профессор Джон Макджихан, участвовавший в исследовании. Полиэстеры, группа пластиков, к которым относится ПЭТ, на самом деле встречаются в естественной среде. «Они предохраняют листья растений, - поясняет исследователь из Университета в Портсмуте. - Бактерии в течение миллионов лет развивали способность ими питаться».
Ключ к проблеме ПЭТ стал, тем не менее, «полной неожиданностью», и команда ученых занялась изучением происхождения фермента ПЭТазы. Была создана 3D-модель фермента высокой точности с использованием мощного рентгеновского луча в Оксфордшире. Определив строение вещества, ученые заметили, что его результативность можно повысить, если разместить на его поверхности некоторое количество осадка. Это означало, что естественный энзим еще не полностью оптимизирован, и имеется возможность для конструирования.
ПЭТазу испытали также на пластике ПЭФ, предполагается, что он является растительной альтернативой ПЭТ и также медленно разлагается в природе. «Мы были совершенно поражены, проводя этот эксперимент, потому что фермент сработал лучше на ПЭФ, чем на ПЭТ», - заявил репортерам ВВС Макджихан.
«В исследовательской команде в университете Портсмута участвуют аспиранты и даже студенты, они с большим волнением встретили мой визит. Они знают, что полимер ПЭТ, используемый в миллиардах бутылок, был создан с помощью сложной химии, и рады тому, что помогли найти способ его разложения. Они выросли посреди бедствия, причиняемого пластиковым загрязнением, и сильно мотивированы попыткой найти способ с ним справиться.
Но все же существует большая проблема в том, чтобы довести замечательное открытие до реального практического применения. Одним серьезным барьером станет разработка дешевого способа производства фермента, другой состоит в том, чтобы внедрить его использование в промышленных масштабах. Тем не менее, это образец ускоренного развития науки. Вид бактерии, живущей за счет пластика, развился за несколько десятилетий, фермент, который она использует для переваривания ПЭТ, идентифицирован совсем недавно. Теперь нам известны подробности о новом, сконструированном и более эффективном варианте этого фермента. В поисках научного решения проблемы пластикового загрязнения подобный импульс жизненно важен», - сообщил научный редактор Дэвид Шукман.
Полиэстеры, производимые промышленностью из нефти, широко применяются в изготовлении пластиковых бутылок и одежды. Современный процесс переработки означает, что материал проходит по нисходящей спирали качества, так как теряет свои свойства при прохождении очередного цикла. Бутылки становятся волокном, потом – ковриками, после чего оказываются на свалке.
ПЭТаза заново перезапускает процесс производства, разлагая полиэстеры на строительные компоненты, вновь готовые к использованию. «Их можно использовать для создания пластика, избегая дополнительных затрат нефти… Так мы, по сути, замыкаем петлю. У нас действительно получился правильный цикл переработки», - поясняет Макджихан.
До масштабного применения фермента пройдет несколько лет. Для того, чтобы это стало экономически жизнеспособной составной частью сферы переработки, требуется, чтобы процесс разложения ПЭТ еще более ускорился.
Макджихан надеется на то, что положено начало изменениям в контроле над пластиками. «Совершенно необходимо сократить количество пластика, попадающего в итоге на свалки и в окружающую среду, я считаю, что мы сможем решить в будущем, как это сделать, если сможем освоить наши методы», - отметил он.
В одной только Британии в год используется 13 млрд. пластиковых бутылок для напитков, из них более 3 млрд. не перерабатывается.
Вначале этот фермент был открыт в Японии, его производит бактерия, «поедающая» ПЭТ. Ideonella sakaiensis использует это вещество как основной источник энергии. В 2016 году ученые сообщили, что обнаружили штамм, обитающий на осадке в бутылках, в пункте переработке пластика в портовом городе Сакай.
«ПЭТ существует в значительных количествах только в последние примерно 50 лет, это не очень большой срок для бактерии, эволюционировавшей до способности питаться каким-либо искусственно созданным веществом», - отмечает профессор Джон Макджихан, участвовавший в исследовании. Полиэстеры, группа пластиков, к которым относится ПЭТ, на самом деле встречаются в естественной среде. «Они предохраняют листья растений, - поясняет исследователь из Университета в Портсмуте. - Бактерии в течение миллионов лет развивали способность ими питаться».
Ключ к проблеме ПЭТ стал, тем не менее, «полной неожиданностью», и команда ученых занялась изучением происхождения фермента ПЭТазы. Была создана 3D-модель фермента высокой точности с использованием мощного рентгеновского луча в Оксфордшире. Определив строение вещества, ученые заметили, что его результативность можно повысить, если разместить на его поверхности некоторое количество осадка. Это означало, что естественный энзим еще не полностью оптимизирован, и имеется возможность для конструирования.
ПЭТазу испытали также на пластике ПЭФ, предполагается, что он является растительной альтернативой ПЭТ и также медленно разлагается в природе. «Мы были совершенно поражены, проводя этот эксперимент, потому что фермент сработал лучше на ПЭФ, чем на ПЭТ», - заявил репортерам ВВС Макджихан.
«В исследовательской команде в университете Портсмута участвуют аспиранты и даже студенты, они с большим волнением встретили мой визит. Они знают, что полимер ПЭТ, используемый в миллиардах бутылок, был создан с помощью сложной химии, и рады тому, что помогли найти способ его разложения. Они выросли посреди бедствия, причиняемого пластиковым загрязнением, и сильно мотивированы попыткой найти способ с ним справиться.
Но все же существует большая проблема в том, чтобы довести замечательное открытие до реального практического применения. Одним серьезным барьером станет разработка дешевого способа производства фермента, другой состоит в том, чтобы внедрить его использование в промышленных масштабах. Тем не менее, это образец ускоренного развития науки. Вид бактерии, живущей за счет пластика, развился за несколько десятилетий, фермент, который она использует для переваривания ПЭТ, идентифицирован совсем недавно. Теперь нам известны подробности о новом, сконструированном и более эффективном варианте этого фермента. В поисках научного решения проблемы пластикового загрязнения подобный импульс жизненно важен», - сообщил научный редактор Дэвид Шукман.
Полиэстеры, производимые промышленностью из нефти, широко применяются в изготовлении пластиковых бутылок и одежды. Современный процесс переработки означает, что материал проходит по нисходящей спирали качества, так как теряет свои свойства при прохождении очередного цикла. Бутылки становятся волокном, потом – ковриками, после чего оказываются на свалке.
ПЭТаза заново перезапускает процесс производства, разлагая полиэстеры на строительные компоненты, вновь готовые к использованию. «Их можно использовать для создания пластика, избегая дополнительных затрат нефти… Так мы, по сути, замыкаем петлю. У нас действительно получился правильный цикл переработки», - поясняет Макджихан.
До масштабного применения фермента пройдет несколько лет. Для того, чтобы это стало экономически жизнеспособной составной частью сферы переработки, требуется, чтобы процесс разложения ПЭТ еще более ускорился.
Макджихан надеется на то, что положено начало изменениям в контроле над пластиками. «Совершенно необходимо сократить количество пластика, попадающего в итоге на свалки и в окружающую среду, я считаю, что мы сможем решить в будущем, как это сделать, если сможем освоить наши методы», - отметил он.