Получен фермент, который расщепляет пластик всего за 24 часа

Идея использования ферментов для утилизации пластиковых отходов набирает обороты благодаря ряду открытий, демонстрирующих, как они могут делать это с большой эффективностью. Некоторые ферменты даже способны превращать пластик в простые молекулы! Новое исследование знаменует собой еще один шаг вперед на пути к экологичности: ученые использовали машинное обучение для разработки фермента, который разлагает некоторые формы пластика всего за 24 часа.

Ученые изучают потенциал ферментов для переработки пластика уже более десяти лет. В 2016 году исследователи из Японии обнаружили бактерию, которая использовала ферменты для разрушения ПЭТ-пластика за считанные недели. Спроектированная версия этих ферментов, получившая название PETase, улучшила производительность, и в 2020 году ученые разработали еще более мощную версию, которая переваривала ПЭТ-пластик в шесть раз быстрее.

Что такое ПЭТ-пластик?

PET(E) или ПЭТ (маркировка 01) — полиэтилентерефталат: обычно это бутылки с выпуклой точкой на дне, в которых продают воду, газировку, молоко, масло. Также из ПЭТа часто делают прозрачные флаконы для шампуней, одноразовые пищевые контейнеры. Все емкости с такой маркировкой можно сдать на переработку!

Команда из Техасского университета решила устранить некоторые недостатки этих ферментов. По словам ученых, применение технологии сдерживается неспособностью хорошо работать при низких температурах и различных диапазонах pH, недостаточной эффективностью непосредственного обращения с необработанными пластиковыми отходами и низкой скоростью реакции.

Чтобы решить эти проблемы, команда разработала модель машинного обучения, которая могла предсказать, какие мутации в ферменте PETase дадут ему эти возможности. Работа включала тщательное изучение ряда пластиковых изделий из ПЭТ, включая контейнеры, бутылки для воды и ткани, а затем использование модели для разработки нового улучшенного фермента, получившего название FAST-PETase (функциональная, активная, стабильная и толерантная PETase).

Этот недавно созданный фермент доказал свою эффективность в разрушении ПЭТ-пластика при температуре от 30 до 50°C и в диапазоне уровней pH. Он смог почти полностью разложить 51 вид необработанного ПЭТ-продукта в течение недели, а в некоторых экспериментах – разрушить пластик всего за 24 часа.

Ученые также продемонстрировали замкнутый процесс переработки ПЭТ, в котором фермент FAST-PETase применялся для разрушения пластика, а затем восстановленные мономеры использовались для химической реконструкции материала.

«При утилизации пластика в естественных условиях вам нужен фермент, который может работать при температуре окружающей среды. Именно поэтому наша технология будет иметь огромное преимущество в будущем», – Хэл Альпер, соавтор исследования из Техасского университета.
Исследователи считают, что они нашли портативную, доступную и применимую в промышленных масштабах технологию – все благодаря способности нового фермента быстро разлагать пластиковые отходы при низких температурах. Они подали заявку на патент на технологию и надеются увидеть ее применение на свалках и в загрязненных районах.

«Возможности использования этого передового процесса переработки безграничны в разных отраслях. Помимо очевидной индустрии управления отходами, технология также дает корпорациям из каждого сектора возможность взять на себя инициативу по переработке своей продукции. Благодаря этим более устойчивым ферментным подходам мы можем перейти к настоящей безотходной экономике пластмасс», – заключил Альпер.