Исследователи идентифицировали и разработали фермент, который может переваривать и потреблять некоторые из наиболее часто загрязняющих окружающую среду веществ. пластики давая надежду на переработку и борьбу загрязнение
Загрязнение пластики самая большая экологическая проблема во всем мире в виде пластика загрязнение и оптимальное решение этой проблемы до сих пор остается недостижимым. Большинство пластики производятся из нефти или природного газа, которые являются невозобновляемыми ресурсами, которые добываются и перерабатываются с использованием энергоемких технологий. Таким образом, их производство и само производство очень разрушительны для хрупких экосистем. Разрушение пластика (в основном путем сжигания) вызывает воздух, Водяные и земля загрязнение. Около 79 процентов пластика, произведенного за последние 70 лет, было выброшено либо на свалки, либо в окружающую среду, и только около девяти процентов перерабатывается, а остальное сжигается. Этот процесс сжигания подвергает уязвимых работников воздействию токсичных химикатов, в том числе веществ, вызывающих рак. Говорят, что океаны содержат около 51 триллиона частиц микропластика и медленно истощают морскую жизнь. Некоторые пластиковые микрочастицы уносятся воздухом, что приводит к загрязнение и вполне возможно, что мы их вдыхаем. В 1960-х годах никто не мог предсказать, что появление и популярность пластика однажды станет бременем огромных пластиковых отходов, плавающих в наших прекрасных океанах, воздухе и сбрасываемых на наши драгоценные земли.
пластик Упаковка представляет собой самую большую угрозу и самое коррумпированное использование пластика. Но проблема в том, что полиэтиленовый пакет повсюду, используется для всяких мелочей и нет контроля за его использованием. Этот вид синтетического пластика не подвергается биологическому разложению, а просто накапливается на свалках и способствует загрязнению окружающей среды. загрязнение. Были инициативы по «полному запрету пластика», особенно полистирола, который используется в упаковке. Однако это не приводит к желаемым результатам, поскольку пластик по-прежнему широко распространен на земле, в воздухе и воде, и его количество постоянно растет. Можно с уверенностью сказать, что пластик не всегда виден невооруженным глазом, но он повсюду! К сожалению, мы не можем решить проблему переработки и утилизации пластиковых материалов.
В исследовании, опубликованном в Труды Национальной академии наук США, исследователи обнаружили известный природный фермент который питается пластиком. Это было случайное открытие, когда они изучали структуру фермента, который был обнаружен в отходах, готовых к переработке в центре в Японии. Этот фермент под названием Ideonella sakaiensis 201-F6 способен «поедать» или «питаться» запатентованным пластиковым ПЭТ или полиэтилентерефталатом, который чаще всего используется в миллионах тонн пластиковых бутылок. Фермент в основном позволял бактериям разрушать пластик в качестве источника пищи. В настоящее время не существует решений по переработке ПЭТ, и пластиковые бутылки из ПЭТ сохраняются в окружающей среде более сотен лет. Это исследование, проведенное группами из Портсмутского университета и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США, вселило огромные надежды.
Первоначальная цель состояла в том, чтобы определить трехмерную кристаллическую структуру этого природного фермента (называемого ПЭТазой) и использовать эту информацию, чтобы понять, как именно работает этот фермент. Они использовали интенсивный пучок рентгеновских лучей, которые в 10 миллиардов раз ярче Солнца, чтобы выяснить структуру и увидеть отдельные атомы. Такие мощные лучи позволили понять внутреннюю работу фермента и предоставили правильные схемы, позволяющие создавать более быстрые и эффективные ферменты. Было обнаружено, что ПЭТаза очень похожа на другой фермент, называемый кутиназой, за исключением того, что ПЭТаза имеет особую особенность и более «открытый» активный центр, который, как считается, вмещает искусственные полимеры (вместо природных). Эти различия сразу указывают на то, что ПЭТаза может быть более развита, особенно в среде, содержащей ПЭТ, и, таким образом, может разрушать ПЭТ. Они мутировали активный сайт ПЭТазы, чтобы он больше походил на кутиназу. За этим последовал совершенно неожиданный результат: мутант ПЭТаза смог разложить ПЭТ даже лучше, чем природная ПЭТаза. Таким образом, в процессе понимания и попытки улучшить способность природного фермента, исследователи случайно разработали новый фермент, который даже лучше, чем природный фермент, в расщеплении ПЭТ. пластики. Этот фермент также может разлагать полиэтиленфурандикарбоксилат, или PEF, биологический заменитель пластмасс из ПЭТ. Это породило надежду на решение других субстратов, таких как PEF (полиэтиленфураноат) или даже PBS (полибутиленсукцинат). Инструменты ферментной инженерии и эволюции можно постоянно применять для дальнейшего совершенствования. Исследователи ищут способ улучшить фермент, чтобы его функция могла быть реализована в мощной крупномасштабной промышленной установке. Технологический процесс очень похож на ферменты, которые в настоящее время используются в моющих средствах для биомойки или при производстве биотоплива. Технология существует, и поэтому в ближайшие годы должна быть достигнута промышленная жизнеспособность.
Для понимания некоторых аспектов этого исследования необходимы дальнейшие исследования. Во-первых, фермент разбивает большие куски пластика на более мелкие, поэтому он поддерживает переработку пластиковых бутылок, но весь этот пластик необходимо сначала восстановить. Этот «меньший» пластик после извлечения можно было бы использовать, чтобы снова превратить его в пластиковые бутылки. На самом деле фермент не может «искать пластик сам по себе» в окружающей среде. Одним из предлагаемых вариантов может быть внедрение этого фермента в некоторые бактерии, которые могут начать разрушать пластик с большей скоростью, выдерживая при этом высокие температуры. Кроме того, еще предстоит осмыслить долгосрочное воздействие этого фермента.
Влияние такого инновационного решения по борьбе с пластиковыми отходами будет очень высоким в глобальном масштабе. Мы пытаемся решить проблему пластика с момента появления самого пластика. Были приняты законы, запрещающие использование одноразового пластика, а переработанный пластик теперь отдается предпочтение повсюду. Даже небольшие шаги, такие как запрет пластиковых пакетов для переноски в супермаркетах, обсуждались во всех средствах массовой информации. Дело в том, что нам нужно действовать быстро, если мы хотим сохранить нашу планета из пластика загрязнение. Хотя мы должны продолжать внедрять переработку отходов в нашу повседневную жизнь, одновременно поощряя к этому наших детей. Нам по-прежнему необходимо хорошее долгосрочное решение, которое могло бы идти рука об руку с нашими собственными индивидуальными усилиями. Это исследование знаменует собой начало решения одной из самых больших проблем, с которыми сталкиваются наши планета сталкивается.
Источник (ы)
Гарри П. и др. 2018. Характеристика и разработка разлагающей пластики ароматической полиэстеразы. Труды Национальной академии наук. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
