Новый фермент, обнаруженный в компосте, установил рекорд скорости разрушения пластика
Пластиковый контейнер, выброшенный на свалку, может пройти сотни лет, прежде чем он естественным образом разрушится, но недавно открытый фермент может поглотить отходы менее чем за день.
Высокоэффективная полиэфиргидролаза, известная как PHL7 был недавно обнаружен на немецком кладбище, пережевывая компост.
Исследователи в лаборатории обнаружили, что он способен разлагать полиэтилентерефталат (ПЭТ) на 90 процентов в течение 16 часов.
PHL7 — не первый естественный «пожиратель пластика», обнаруженный учеными, но он самый быстрый.
В 2016 году на заводе по переработке отходов в Японии был обнаружен фермент, пожирающий ПЭТ, под названием LLC. С тех пор он был провозглашен золотым стандартом пластиковых измельчителей. Зато вновь обнаруженный PHL7 работает в два раза быстрее.
С 2016 года ученые модифицировали фермент LLC, чтобы создать еще более прожорливого мутанта, чем естественный, но даже этому синтетическому творению есть чему поучиться у PHL7.
«Фермент, обнаруженный в Лейпциге, может внести важный вклад в создание альтернативных энергосберегающих процессов переработки пластика», — говорит микробиолог Вольфганг Циммерманн из Лейпцигского университета в Германии.
«Биокатализатор сейчас разработанная в Лейпциге, показала свою высокую эффективность при быстром разложении использованной пищевой ПЭТ-упаковки и пригодна для использования в экологически безопасном процессе переработки, в котором из продуктов разложения может быть получен новый пластик.»
К сожалению, ни PHL7, ни LCC не могут полностью разложить ПЭТ-пластики с более высокой степенью кристалличности (более организованной молекулярной структурой), такие как те, которые используются в некоторых бутылках.
Но если PHL7 дать корзинку для фруктов из ПЭТ-пластика, он может перерабатывать отходы менее чем за 24 часа.
Более того, побочные продукты этого процесса переработки можно использовать для создания новых пластиковых контейнеров.
Возможности переработки огромны. Каждый год во всем мире производится более 82 миллионов метрических тонн ПЭТФ, и лишь небольшой процент перерабатывается в новый пластик.
Даже когда пластиковое изделие отправляется на перерабатывающий завод, процесс расплавления его свернуть и создать что-то новое энергоемко и дорого.
С другой стороны, биологическая переработка может помочь создать дешевую и эффективную безотходную пластиковую экономику. За последние несколько лет ученые стремились разработать бактерии, питающиеся пластиком именно для этой цели.
PHL7 выделяется среди других кандидатов, найденных до сих пор. То, как он быстро расщепляет ПЭТ, по-видимому, зависит от одного строительного блока в его ДНК.
В определенном месте аминокислотной последовательности PHL7 несет лейцин, тогда как другие ферменты несут остаток фенилаланина. В прошлом лейцин в этом положении был связан со связыванием полимеров с ферментами.
Когда исследователи в Германии заменили фенилаланин лейцином в другом ферменте, организм стал намного быстрее расщеплять пластик. Фактически, его эффективность была на одном уровне с PHL7.
По сравнению с ферментами LLC, фермент PHL7 также был способен связываться с большим количеством полимеров в лаборатории.
«Эти результаты показывают, что замена фенилаланина/лейцина может быть частично ответственна за изменения вклада энергии связывания каждого остатка в PHL7», — пишут авторы.
PHL7 не только быстр, этот фермент не требует какой-либо предварительной обработки. прежде чем он закопается. Он будет есть пластик без измельчения или плавления.
Процесс повторного соединения побочных продуктов также не должен зависеть от нефтехимии.
«Таким образом, — заключают авторы, — использование мощных ферментов, таких как PHL7, позволяет Возможна прямая переработка термоформованной ПЭТ-упаковки, бывшей в употреблении, в замкнутом цикле с низким уровнем выбросов углерода и без использования нефтехимических веществ, реализуя устойчивый процесс переработки важного потока отходов ПЭТ-пластика».
Учитывая ужасное состояние пластикового загрязнения во всем мире, это звучит как мечта. Команда исследователей из Лейпцигского университета сейчас работает над прототипом.
Исследование опубликовано в ChemSusChem.
