Ученые создали фермент, способный разложить пластик за сутки

Инженеры и ученые Техасского университета в Остине создали фермент, который может расщеплять опасные для окружающей среды пластик. На разложение пластика уходят столетия, а фермент с ним может расправиться за сутки - на разложение уходит от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от пластика. Исследование было опубликовано в журнале Nature, сообщает Phys.org.

Это открытие может помочь решить одну из самых насущных экологических проблем в мире: что делать с миллиардами тонн пластиковых отходов, которые накапливаются на свалках и загрязняют наши природные земли и воду. Фермент может ускорить переработку в больших масштабах, что позволит крупным предприятиям снизить воздействие на окружающую среду за счет восстановления и повторного использования пластика на молекулярном уровне.

«Возможности использования этого передового процесса переработки безграничны в разных отраслях», — сказал Хэл Альпер, профессор кафедры химического машиностроения МакКетты в UT Austin. «Помимо очевидной индустрии управления отходами, это также дает корпорациям из каждого сектора возможность взять на себя инициативу по переработке своей продукции. Благодаря этим более устойчивым ферментным подходам мы можем начать представлять себе настоящую безотходную экономику пластмасс».

Проект сосредоточен на полиэтилентерефталате (ПЭТ), важном полимере, который используется в большинстве потребительских упаковок, включая контейнеры для печенья, бутылки из-под газированных напитков, упаковку для фруктов и салатов, а также некоторые волокна и текстиль. Это составляет 12% всех мировых отходов.

Исследователи из Инженерной школы Кокрелла и Колледжа естественных наук использовали модель машинного обучения для создания новых мутаций природного фермента под названием ПЭТаза, который позволяет бактериям разлагать ПЭТ-пластик. Модель предсказывает, какие мутации в этих ферментах помогут быстро деполимеризовать бывшие в употреблении пластиковые отходы при низких температурах.

Исследователи использовали технологию машинного обучения, чтобы преобразовать природный фермент ПЭТазу в фермент, способный быстро разрушать пластмассы, изготовленные из полимера полиэтилентерефталата, также называемого ПЭТ.

«Эта работа действительно демонстрирует силу объединения различных дисциплин, от синтетической биологии до химического машиностроения и искусственного интеллекта», — сказал Эндрю Эллингтон, профессор Центра систем и синтетической биологии, чья команда руководила разработкой модели машинного обучения.

Биологические растворы требуют гораздо меньше энергии. Исследования ферментов для переработки пластика продвинулись вперед за последние 15 лет. Однако до сих пор никто не мог понять, как сделать ферменты, которые могли бы эффективно работать при низких температурах, чтобы сделать их одновременно портативными и доступными в крупном промышленном масштабе. FAST-PETase может выполнять процесс при температуре менее 50 градусов Цельсия.

Далее команда планирует работать над увеличением производства ферментов, чтобы подготовить их к промышленному и экологическому применению. Исследователи подали заявку на патент на технологию и рассматривают несколько вариантов ее использования. Наиболее очевидными из них являются очистка свалок и озеленение производящих большое количество отходов производств. Но еще одним ключевым потенциальным применением является восстановление окружающей среды. Команда ищет несколько способов использовать ферменты в полевых условиях для очистки загрязненных участков.

«При рассмотрении приложений для очистки окружающей среды вам нужен фермент, который может работать в окружающей среде при температуре окружающей среды. Именно в этом требовании наша технология будет иметь огромное преимущество в будущем», — сказал Альпер.