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 and optimal solution to this problem still remains elusive. Most plastics are made from petroleum or natural gas which are non-renewable resources that are extracted and processed using energy-intensive techniques. Thus, their manufacturing and production itself is very destructive for fragile ecosystems. The destruction of plastic (mostly by incineration) causes air, воды и земля загрязнение. About 79 per cent of plastic produced over the last 70 years has been thrown away, either into landfill sites or into the general environment while only about nine per cent is recycled with the rest incinerated. This process of incineration exposes vulnerable workers to toxic chemicals which include cancer-causing substances. The oceans are said to contain some 51 trillion microplastic particles and are slowly depleting marine life. Some of the plastic microparticles get blown away in air leading to pollution and it’s a real possibility that we might be inhaling them. No one could have predicted in the 1960s that advent and popularity of plastics would one day become a burden with huge plastic waste found floating in our beautiful oceans, air and dumped on our precious lands.
Plastic packaging is the biggest threat and most corrupt use of plastics. But the problem is that plastic bag is everywhere, used for every little purpose and there is no control over its usage. This kind of synthetic plastic does not biodegrade, instead just sits and accumulates in landfills and contributes to environmental загрязнение. There have been initiatives for “complete plastic ban”, especially polystyrene which is used in packaging. However, this is not leading to desired results as plastic is still ubiquitous in land, air and water and is ever growing. Safe to say that plastic may not even be visible to the naked eye all the time but it’s everywhere! It is unfortunate that we are unable to tackle the plastic material’s recycling and dispose problem.
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 от пластикового загрязнения. 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.
{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
