Исследователи определили и разработали фермент, который может переваривать и потреблять некоторые из наших наиболее часто загрязняющих пластиков, что дает надежду на переработку и борьбу с загрязнением.
Загрязнение пластики самая большая экологическая проблема во всем мире в виде пластика загрязнение и оптимальное решение этой проблемы все еще не найдено. Большинство пластмасс производится из нефти или природного газа, которые являются невозобновляемыми ресурсами, которые добываются и обрабатываются с использованием энергоемких технологий. Таким образом, их изготовление и само производство очень разрушительно для хрупких экосистем. Уничтожение пластика (в основном путем сжигания) вызывает загрязнение воздуха, воды и земли. Около 79 процентов пластика, произведенного за последние 70 лет, было выброшено либо на свалки, либо в окружающую среду, в то время как только около 51 процентов перерабатывается, а остальное сжигается. Этот процесс сжигания подвергает уязвимых рабочих воздействию токсичных химикатов, в том числе веществ, вызывающих рак. Говорят, что океаны содержат около 1960 триллиона микропластических частиц и медленно истощают морскую жизнь. Некоторые пластиковые микрочастицы уносятся в воздух, что приводит к загрязнению, и вполне вероятно, что мы их вдыхаем. В XNUMX-х годах никто не мог предположить, что появление и популярность пластмасс однажды станет бременем с огромными пластиковыми отходами, которые будут обнаружены в наших прекрасных океанах, в воздухе и выброшены на наши драгоценные земли.
Пластиковая упаковка является самой большой угрозой и наиболее коррумпированным использованием пластмасс. Но проблема в том, что полиэтиленовый пакет есть повсюду, он используется для каждой маленькой цели, и нет никакого контроля над его использованием. Этот вид синтетического пластика не разлагается биологически, а просто накапливается на свалках и способствует загрязнению окружающей среды. 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 суше, в воздухе и в воде и постоянно растет. Можно с уверенностью сказать, что пластик может быть даже не виден невооруженным глазом постоянно, но он везде! 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.
Воздействие такого инновационного решения по утилизации пластиковых отходов будет очень высоким в глобальном масштабе. Мы пытаемся решить проблему пластика с момента появления самого пластика. Существовали законы, запрещающие использование одного пластика, а также переработанный пластик теперь пользуется популярностью. Даже небольшие шаги, такие как запрет пластиковых пакетов для переноски в супермаркетах, были широко освещены в СМИ. Дело в том, что нам нужно действовать быстро, если мы хотим уберечь нашу планету от загрязнения пластиком. Хотя мы должны продолжать внедрять переработку вторсырья в нашу повседневную жизнь, поощряя и наших детей к этому. Нам все еще нужно хорошее долгосрочное решение, которое может идти рука об руку с нашими собственными усилиями. Это исследование знаменует собой начало решения одной из самых больших проблем, с которыми сталкивается наша планета.
{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}
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
