Nowy superenzym zjada plastikowe butelki w ekspresowym tempie

Naukowcy stworzyli super-enzym, który rozkłada plastikowe butelki sześć razy szybciej niż zwykłe enzymy i może zostać wykorzystany do recyklingu odpadów z tworzyw sztucznych w ciągu 1-2 lat.

Ulepszone białko zawiera dwa enzymy wytwarzane przez bakterię (Ideonella sakaiensis), żywiącej się plastikowymi butelkami. Prof.John McGeehan, dyrektor Center for Enzyme Innovation na Uniwersytecie w Portsmouth, powiedział, że w przeciwieństwie do naturalnej degradacji, która może zająć setki lat, super-enzym może przekształcić plastik z powrotem w oryginalne materiały lub bloki budulcowe w zaledwie kilku dni.

Dodał, że proces ten pozwoliłby na „wytwarzanie i ponowne wykorzystywanie tworzyw sztucznych w nieskończoność, zmniejszając naszą zależność od zasobów kopalnych”.

Super-enzym został opracowany przez połączenie dwóch oddzielnych enzymów, z których oba znaleziono w bakterii zjadającej plastik, która została odkryta na japońskim składowisku odpadów w 2016 roku. Naukowcy ujawnili zmodyfikowaną wersję pierwszego enzymu w 2018 roku, który był w stanie rozkładać plastik w ciągu kilku dni. Ale najnowszy super-enzym jest sześć razy szybszy.

„Kiedy połączyliśmy enzymy, raczej nieoczekiwanie, nastąpił dramatyczny wzrost ich aktywności” ‒ powiedział prof. John McGeehan z University of Portsmouth w Wielkiej Brytanii. „To droga do wytwarzania szybszych enzymów, które są bardziej przydatne w przemyśle. Ale to także jedna z tych historii o uczeniu się od natury, a następnie wykorzystaniu tej nauki w laboratorium”.
 
Francuska firma Carbios ujawniła w kwietniu inny enzym, pierwotnie odkryty w stercie kompostu, który rozkłada 90% plastikowych butelek w ciągu 10 godzin, ale wymaga temperatury powyżej 70^oC.

Nowy supe-renzym działa w temperaturze pokojowej, a McGeehan powiedział, że połączenie różnych metod może przyspieszyć postęp w kierunku jego komercyjnego wykorzystania.

W pracy z 2018 roku ustalono, że struktura jednego enzymu, zwanego PETazą, może atakować twardą, krystaliczną powierzchnię plastikowych butelek. Naukowcy odkryli przypadkowo, że jego zmutowana wersja działa o 20% szybciej. W ramach nowych badań przeanalizowano drugi enzym również występujący w japońskich bakteriach, który podwaja szybkość rozpadu grup chemicznych uwalnianych przez pierwszy enzym.
 
Naukowcy sądzili, że koktajl zawierający dwa enzymy może przyspieszyć degradację i umożliwić im ściślejszą współpracę.

Bakteria nie była w stanie stworzyć nowego super-enzymu, ponieważ cząsteczka byłaby zbyt duża. Więc naukowcy połączyli dwa enzymy w laboratorium i zaobserwowali, że taka mieszanka jest w stanie rozkładać plastik sześć razy szybciej niż procesy zachodzące w naturze. Nowe badania przeprowadzone przez naukowców z University of Portsmouth i czterech amerykańskich instytucji zostały opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences.

Zespół bada teraz, w jaki sposób można zmodyfikować enzymy, aby działały jeszcze szybciej. „Istnieje ogromny potencjał” – powiedział McGeehan.  

„Połączenie enzymów zjadających plastik z istniejącymi już enzymami, które rozkładają naturalne włókna, umożliwi recykling odzieży z różnych materiałów.”‒ powiedział McGeehan.