Ученым удалось усовершенствовать существующий в природе фермент, который способен разлагать некоторые из наиболее распространённых полимеров, загрязняющих окружающую среду.
Наиболее распространенный пластический материал – PET, или полиэтилен, – который используется при производстве бутылок, в течение сотен лет остается неизменным на свалках. Он крайне медленно распадается под воздействием природных факторов.
Модифицированный фермент, получивший обозначение PETase, начинает разлагать этот полимер в течение нескольких дней. Это может привести к революции в деле утилизации пластмассовых отбросов.
Только в Британии в течение года приобретается около 13 миллиардов пластмассовых бутылок, из которых более 3 миллиардов никогда не утилизируются и оказываются на свалках.
Находка на свалке
Первоначально этот фермент был обнаружен в Японии. Он является продуктом жизнедеятельности бактерии Ideonella sakaiensis, которая пожирает полиэтилен PET в качестве основного источника энергии.
Японские ученые сообщили в 2016 году, что они обнаружили разновидность этой бактерии на заводе по переработке пластиковых бутылок в портовом городе Сакаи.
“Полимер PET стал появляться в огромных количествах только за последние 50 лет, и это не слишком длительный срок для развития бактерий, которые способны поглощать этот искусственный материал”, – говорит профессор Джон Макгиан из Портсмутского университета, который участвовал в исследовании.
PET (полиэтилентерефталат) принадлежит к группе сложных полиэфиров, встречающихся в естественных условиях.
“Они присутствуют в листьях растений, – отмечает профессор. – В течение миллионов лет развились бактерии, которые питаются такими полиэфирами”.
Однако обнаружение бактерии, способной перерабатывать именно полиэтилены класса PET, было неожиданностью для биохимиков. Была сформирована международная группа ученых, которые поставили целью определение природы и путей эволюции фермента PETase.
Бактерия пожирает пластик
Биохимики создали трехмерную компьютерную модель фермента, применив мощный рентгеновский лазер.
Разобравшись в молекулярной структуре этого фермента, ученые отметили, что эффективность действия PETase можно улучшить, внеся изменения в его поверхностную структуру.
Модель молекулы фермента PETase позволила усовершенствовать ее эффективность
Это указывает на то, что встречающийся в природе фермент не оптимизирован, и что существует возможность его улучшения.
Фермент PETase испытывался также на полимерах класса PEF, основанных на биоматериалах растительного происхождения, но тоже очень медленно распадающихся в естественных условиях.
“Нас поразило то, что этот фермент еще лучше воздействует на полимеры PEF, чем на полимеры PET”, – заявил профессор Макгиан.