25.09.2020

отдыхаем вместе

путешествуем и наслаждаемся жизнью

Мутантный фермент разрушает пластиковые бутылки

Миллиарды тонн пластиковых отходов загрязняют планету — от Арктики до самых глубоких океанических желобов — и представляют особую угрозу для морской жизни.

Сокращение потребления пластика является ключевым фактором, однако эффективная утилизация также должна быть частью решения этой проблемы. Сегодня только около 30 % пластиковых бутылок превращается в новый пластик, который имеет более низкую прочность.

Исследователи сообщили, что они разработали фермент, способный превращать 90 % пластика обратно в его исходные материалы.

«Это огромный шаг вперед», — говорит Джон МакГиан, который руководит центром ферментных инноваций в Портсмутском университете.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) является одним из наиболее широко используемых в пластиковом мире, ежегодно его производится около 70 миллионов тонн. Хотя ПЭТ-пластик сегодня утилизируется во многих местах, нынешний подход имеет некоторые проблемы.

Компании по переработке, как правило, получают широкий спектр различных цветов пластика. Они используют высокие температуры для его плавления, производя серый или черный пластиковый исходный материал, который немногие компании хотят использовать для упаковки своей продукции.

Вместо этого полученный материал обычно превращается в ковры или другие низкокачественные пластиковые волокна, которые в конце концов оказываются на свалке. Чтобы избежать этой проблемы, исследователи стали искать в микробах ферменты, способные расщеплять ПЭТ и прочий пластик.

Фермент из компоста

Фермент из компоста расщепляет пластик

Исследователи Университета Осаки еще в 2012 г. нашли такой энзим в компостной куче. Известный как компостная кутиназа листьев-ветвей (LLC), он способен разрывать связи, соединяющие два компонента ПЭТ-пластика — терефталат и этиленгликоль.

Но LLC, которая развивается, чтобы разрушить восковое защитное покрытие на листьях многих растений, медленно разрывает только ПЭТ-связи и распадается после нескольких дней работы при 65 °С, температуре, при которой ПЭТ начинает размягчаться, что позволяет ферменту легче проникать в полимер, чтобы достичь связей, которые он стремится разорвать.

Чтобы реорганизовать LLC, Ален Марти, главный научный сотрудник Carbios, компании по производству устойчивых пластмасс, объединился с Изабель Андре, экспертом по ферментативной инженерии в университете Тулузы.

Они начали с анализа кристаллической структуры фермента, определения ключевых аминокислот в месте, где фермент связывается с химическими линкерами между группами терефталата и этиленгликоля ПЭТ. Они также искали способы заставить фермент работать при более высоких температурах.

Затем исследователи создали сотни мутантных ферментов, которые меняют аминокислоты в месте связывания и добавляли в них термостабилизирующие. Затем они массово производили мутанты в бактериях и проверяли их, чтобы найти эффективные разрушители ПЭТ.

После повторения этого процесса в течение нескольких циклов они выделили мутантный фермент, который в 10 000 раз более эффективен, чем LLC. Он также стабильно работает, не разрушаясь, при 72 °C, когда ПЭТ-пластик расщепляется.

Исследователи использовали оптимизированный фермент, чтобы разрушить тонну б/у пластиковых бутылок, которые на 90 % разложились за 10 часов, а затем использовали полученный материал для производства новых бутылок для напитков. В результате они получились такими же качественными, как из обычного пластика.

Это связано с тем, что разработанный фермент разрывает связи, соединяющие два компонента ПЭТ, восстанавливая их первоначальную форму, игнорируя красители и другие пластики в смеси. В результате получается переработанный пластик, такой же прочный и привлекательный, как и оригинальный материал.

Однако пока неясно, будет ли это экономически целесообразным. Carbios строит демонстрационный завод, который, как ожидается, будет перерабатывать сотни тонн ПЭТ в год.

Однако полученный мутантный фермент не может перерабатывать другие основные виды пластмасс, такие как полиэтилен и полистирол, которые имеют связи между строительными блоками, которые сложнее разрушить. Но в случае успеха это может помочь обществу справиться с одной из самых сложных пластиковых проблем, с которыми мы сталкиваемся.

Carbios заявил, что хочет коммерциализировать новую форму переработки в течение пяти лет. Он работает с крупными компаниями, включая Pepsi и L’Oréal, чтобы ускорить развитие. Независимые эксперты назвали новый фермент крупным достижением.

Ученые делают все больше и больше успехов в поиске биологических способов разрушения других видов пластмасс. В марте немецкие ученые обнаружили бактерии, которые питаются токсичным полиуретаном, в то время как предыдущая работа показала, что личинки восковой моли — обычно разводимые как рыбная приманка — могут съедать полиэтиленовые пакеты.

%d такие блоггеры, как: