Разработка ферментов поможет решить проблему пластика на планете

Чтобы проиллюстрировать полезность своей платформы, они разработали фермент, который может успешно разлагать полиэтилентерефталат (ПЭТ), пластик, обычно используемый в пластиковых бутылках.

В последние годы ферментативная переработка пластмасс стала привлекательной и экологически чистой стратегией, помогающей облегчить проблемы, связанные с пластиковыми отходами. Хотя существует ряд существующих методов переработки пластмасс, ферменты потенциально могут предложить более экономичную и энергоэффективную альтернативу. Кроме того, их можно использовать для избирательного расщепления определенных компонентов смешанных потоков пластиковых отходов, которые в настоящее время трудно переработать с помощью существующих технологий.

Несмотря на многообещающую технологию, существуют значительные препятствия, которые необходимо преодолеть, чтобы ферментативная переработка пластика могла широко использоваться в коммерческих масштабах. Одна из проблем, например, заключается в том, что природные ферменты, способные расщеплять пластик, обычно менее эффективны и нестабильны в условиях, необходимых для процесса промышленного масштаба.

Чтобы устранить эти ограничения, в документе, опубликованном сегодня в Природный катализ, Исследователи из Манчестерского университета сообщили о новой платформе для разработки ферментов, которая может быстро улучшить свойства ферментов, разлагающих пластик, и сделать их более подходящими для переработки пластика в больших масштабах. Их интегрированная и автоматизированная платформа может успешно оценивать способность к разложению пластика около 1000 вариантов ферментов в день.

Доктор Элизабет Белл, руководившая экспериментальной работой в MIB, говорит о платформе; «Накопление пластика в окружающей среде является серьезной глобальной проблемой. По этой причине мы стремились использовать наши возможности эволюции ферментов для улучшения свойств ферментов, разлагающих пластик, чтобы помочь облегчить некоторые из этих проблем. Мы надеемся, что в В будущем наша масштабируемая платформа позволит нам быстро разрабатывать новые специфические ферменты, подходящие для использования в крупномасштабных процессах переработки пластика».

Чтобы протестировать свою платформу, они разработали новый фермент HotPETase посредством направленной эволюции IsPETase. IsPETase — это недавно обнаруженный фермент, вырабатываемый бактерией Ideonella sakaiensis, которая может использовать ПЭТ в качестве источника углерода и энергии.

Хотя IsPETase обладает естественной способностью разлагать некоторые полукристаллические формы ПЭТ, фермент нестабильен при температурах выше 40°C, что намного ниже желательных условий процесса. Эта низкая стабильность означает, что реакции необходимо проводить при температурах ниже температуры стеклования ПЭТ (~ 65 ° C), что приводит к низкой скорости деполимеризации.

Чтобы устранить это ограничение, команда разработала термостабильный фермент HotPETase, который активен при 70°C, что выше температуры стеклования ПЭТ. Этот фермент может деполимеризовать полукристаллический ПЭТ быстрее, чем ферменты, о которых сообщалось ранее, и может избирательно разрушать ПЭТ-компонент ламинированного упаковочного материала, подчеркивая селективность, которая может быть достигнута путем ферментативной переработки.

Профессор Энтони Грин, преподаватель органической химии, сказал: «Разработка HotPETase прекрасно иллюстрирует возможности нашей платформы для разработки ферментов. Теперь мы рады работать с инженерами-технологами и учеными-полимерщиками для тестирования нашего фермента в реальных приложениях. Двигаясь вперед , мы надеемся, что наша платформа окажется полезной для разработки более эффективных, стабильных и селективных ферментов для переработки широкого спектра пластиковых материалов».

Разработка надежных ферментов, разлагающих пластик, таких как HotPETase, наряду с наличием универсальной платформы для разработки ферментов, вносит важный вклад в разработку биотехнологического решения проблемы пластиковых отходов. Для продвижения этой многообещающей технологии теперь потребуются совместные и междисциплинарные усилия с участием биотехнологов, инженеров-технологов и ученых-полимерщиков из академических и промышленных сообществ. Поскольку мир сталкивается с постоянно растущей проблемой отходов, биотехнология может обеспечить экологически устойчивое решение.