Даследчыкі вызначылі і распрацавалі фермент, які можа пераварваць і спажываць некаторыя з найбольш часта забруджвальных рэчываў пластыкі даючы надзею на перапрацоўку і барацьбу забруджванне
Забруджвальная пластыкі з'яўляецца самай вялікай экалагічнай праблемай ва ўсім свеце ў выглядзе пластыка забруджванне і аптымальнае рашэнне гэтай праблемы да гэтага часу застаецца няўлоўным. Большасць пластыкі вырабляюцца з нафты або прыроднага газу, якія з'яўляюцца неаднаўляльнымі рэсурсамі, якія здабываюцца і апрацоўваюцца з выкарыстаннем энергаёмістых тэхналогій. Такім чынам, іх выраб і сама вытворчасць вельмі разбуральныя для далікатных экасістэм. Разбурэнне пластыка (у асноўным шляхам спальвання) выклікае паветра, вады і зямлі забруджванне. Каля 79 працэнтаў пластыка, вырабленага за апошнія 70 гадоў, выкідваецца альбо на звалкі, альбо ў навакольнае асяроддзе, у той час як толькі каля дзевяці працэнтаў перапрацоўваецца, а астатняе спальваецца. Гэты працэс спальвання падвяргае ўразлівых работнікаў уздзеянню таксічных хімікатаў, якія ўключаюць у сябе рэчывы, якія выклікаюць рак. Кажуць, што акіяны ўтрымліваюць каля 51 трыльёна часціц мікрапластыку і павольна высільваюць марское жыццё. Частка мікрачасціц пластыка выдзімаецца ў паветры, што прыводзіць да забруджванне і гэта рэальная верагоднасць таго, што мы можам удыхаць іх. Ніхто не мог прадбачыць у 1960-х гадах, што з'яўленне і папулярнасць пластмас аднойчы стане цяжарам, бо велізарныя пластыкавыя адходы будуць плаваць у нашых цудоўных акіянах, паветры і выкідвацца на нашы каштоўныя землі.
Пластык упакоўка з'яўляецца самай вялікай пагрозай і самым карумпаваным выкарыстаннем пластмас. Але праблема ў тым, што поліэтыленавы пакет паўсюль, выкарыстоўваецца для любой дробязі, і няма кантролю за яго выкарыстаннем. Гэты выгляд сінтэтычнага пластыка не паддаецца біялагічнаму раскладанню, замест гэтага проста ляжыць і назапашваецца на сметніках, спрыяючы экалагічнаму забруджванне. Былі ініцыятывы па «поўнай забароне пластыка», асабліва полістыролу, які выкарыстоўваецца ў пакаванні. Аднак гэта не дае жаданых вынікаў, паколькі пластык па-ранейшаму паўсюдна сустракаецца ў зямлі, паветры і вадзе і пастаянна расце. Можна з упэўненасцю сказаць, што пластык нават не заўсёды бачны няўзброеным вокам, але ён усюды! Шкада, што мы не можам вырашыць праблему перапрацоўкі і ўтылізацыі пластыкавых матэрыялаў.
У даследаванні, апублікаваным у Працы Нацыянальнай акадэміі навук ЗША, даследчыкі выявілі вядомы прыродны фермент які сілкуецца пластыкам. Гэта было выпадковае адкрыццё, калі яны даследавалі структуру фермента, які быў знойдзены ў адходах, гатовых для перапрацоўкі ў цэнтры ў Японіі. Гэты фермент пад назвай Ideonella sakaiensis 201-F6 здольны «з'ядаць» або «карміць» запатэнтаваны пластыкавы ПЭТ або поліэтылентэрафталат, які часцей за ўсё выкарыстоўваецца ў мільёнах тон пластыкавых бутэлек. Фермент у асноўным дазволіў бактэрыям дэградаваць пластык у якасці крыніцы ежы. У цяперашні час не існуе рашэнняў па перапрацоўцы ПЭТ, а пластыкавыя бутэлькі з ПЭТ захоўваюцца ў навакольным асяроддзі больш за сотні гадоў. Гэта даследаванне пад кіраўніцтвам каманд з Універсітэта Портсмута і Нацыянальнай лабараторыі аднаўляльных крыніц энергіі (NREL) Міністэрства энергетыкі ЗША выклікала велізарную надзею.
Першапачатковай мэтай было вызначыць трохмерную крышталічную структуру гэтага прыроднага фермента (так званага PETase) і выкарыстаць гэтую інфармацыю, каб зразумець, як менавіта працуе гэты фермент. Яны выкарыстоўвалі інтэнсіўны пучок рэнтгенаўскіх прамянёў - якія ў 10 мільярдаў разоў ярчэйшыя за сонца - каб высветліць структуру і ўбачыць асобныя атамы. Такія магутныя прамяні дазволілі зразумець унутраную працу фермента і далі правільныя чарцяжы, каб мець магчымасць распрацоўваць больш хуткія і эфектыўныя ферменты. Было выяўлена, што PETase выглядае вельмі падобна на іншы фермент, які называецца кутіназа, за выключэннем таго, што PETase мае асаблівасць і больш «адкрыты» актыўны сайт, які, як мяркуюць, змяшчае штучныя палімеры (замест натуральных). Гэтыя адрозненні адразу паказалі, што ПЭТаза можа развівацца больш, асабліва ў асяроддзі, якая змяшчае ПЭТ, і, такім чынам, можа дэградаваць ПЭТ. Яны мутавалі актыўны сайт PETase, каб зрабіць яго больш падобным на кутіназу. Далей быў зусім нечаканы вынік: мутант PETase быў здольны дэградаваць PET нават лепш, чым натуральная PETase. Такім чынам, у працэсе разумення і спробы палепшыць здольнасць прыроднага фермента, даследчыкі ў выніку выпадкова спрацавалі новы фермент, які нават лепш, чым натуральны фермент, расшчапляе ПЭТ. пластыкі. Гэты фермент можа таксама дэградаваць поліэтыленфурандикарбоксилат або PEF, заменнік ПЭТ-пластыкаў на біялагічнай аснове. Гэта выклікала надзею змагацца з іншымі субстратамі, такімі як PEF (поліэтыленфураноат) або нават PBS (полібутыленсукцынат). Інструменты ферментнай інжынерыі і эвалюцыі могуць пастаянна прымяняцца для далейшага ўдасканалення. Даследчыкі шукаюць спосаб паляпшэння фермента, каб яго функцыі можна было ўключыць у магутную буйнамаштабную прамысловую ўстаноўку. Інжынерны працэс вельмі падобны на ферменты, якія ў цяперашні час выкарыстоўваюцца ў біяпральных сродках або ў вытворчасці біяпаліва. Тэхналогія існуе, і, такім чынам, прамысловая жыццяздольнасць павінна быць дасяжнай у бліжэйшыя гады.
Каб зразумець некаторыя аспекты гэтага даследавання, неабходныя дадатковыя даследаванні. Па-першае, фермент расшчапляе большыя кавалкі пластмасы на больш дробныя, таму ён падтрымлівае перапрацоўку пластыкавых бутэлек, але ўвесь гэты пластык трэба спачатку аднавіць. Гэты «меншы» пластык пасля вылучэння можа быць выкарыстаны, каб ператварыць іх назад у пластыкавыя бутэлькі. Фермент не можа «самастойна знайсці пластык» у навакольным асяроддзі. Адным з прапанаваных варыянтаў можа быць пасадзіць гэты фермент у некаторыя бактэрыі, якія могуць пачаць расшчапляць пластык з больш высокай хуткасцю, вытрымліваючы высокія тэмпературы. Акрамя таго, доўгатэрміновае ўздзеянне гэтага фермента яшчэ трэба зразумець.
Уплыў такога інавацыйнага рашэння па барацьбе з пластыкавымі адходамі будзе вельмі высокім у глабальным маштабе. Мы спрабуем вырашыць праблему пластыка з самага з'яўлення пластыка. Існавалі законы, якія забараняюць выкарыстанне аднаго пластыка, а перапрацаваны пластык цяпер аддаюць перавагу паўсюдна. Нават невялікія крокі, такія як забарона поліэтыленавых пакетаў для пераноскі ў супермаркетах, былі ў СМІ. Справа ў тым, што нам трэба дзейнічаць хутка, калі мы хочам захаваць сваё планета з пластыка забруджванне. Аднак мы павінны працягваць укараняць перапрацоўку ў паўсядзённым жыцці, адначасова заахвочваючы да гэтага і нашых дзяцей. Нам усё яшчэ патрэбна добрае доўгатэрміновае рашэнне, якое можа ісці рука аб руку з нашымі асабістымі намаганнямі. Гэта даследаванне азначае пачатак для вырашэння адной з самых вялікіх праблем, якія існуюць у нас планета сутыкаецца.
***
{Вы можаце прачытаць арыгінальную даследчую працу, націснуўшы на спасылку DOI, прыведзены ніжэй у спісе цытуемых крыніц}
Крыніца (я)
Гары П і інш. 2018. Характарыстыка і распрацоўка араматычнай поліэстеразы, якая разбурае пластык. Працы Нацыянальнай акадэміі навук. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
