Дослідники визначили та створили фермент, який може перетравлювати та споживати деякі з найпоширеніших забруднюючих речовин. пластики надію на переробку та боротьбу забруднення
Забруднюючий пластики є найбільшою екологічною проблемою у світі у вигляді пластику забруднення і оптимальне вирішення цієї проблеми все ще залишається недосяжним. більшість пластики виробляються з нафти або природного газу, які є невідновлюваними ресурсами, видобуваються та переробляються за допомогою енергоємних технологій. Таким чином, їх виготовлення та саме виробництво є дуже руйнівним для крихких екосистем. Руйнування пластику (здебільшого шляхом спалювання) спричиняє повітря, води і землю забруднення. Близько 79 відсотків пластику, виробленого за останні 70 років, було викинуто або на звалища, або в навколишнє середовище, тоді як лише близько дев’яти відсотків переробляється, а решта спалюється. Цей процес спалювання піддає вразливих працівників впливу токсичних хімікатів, зокрема речовин, що викликають рак. Кажуть, що океани містять близько 51 трильйона мікрочастинок пластику і повільно виснажують морське життя. Деякі мікрочастинки пластику здуваються повітрям, що призводить до забруднення і є реальна можливість, що ми можемо їх вдихати. У 1960-х роках ніхто не міг передбачити, що поява та популярність пластику одного дня стане тягарем, оскільки величезні пластикові відходи будуть плавати в наших прекрасних океанах, повітрі та викидатимуться на наші дорогоцінні землі.
пластик Упаковка є найбільшою загрозою та найбільш корупційним використанням пластику. Але проблема в тому, що поліетиленовий пакет є всюди, використовується для будь-яких дрібниць, і немає контролю за його використанням. Цей вид синтетичного пластику не піддається біологічному розкладанню, натомість просто сидить і накопичується на звалищах, сприяючи екологічній забруднення. Були ініціативи щодо «повної заборони пластику», особливо полістиролу, який використовується в упаковці. Однак це не призводить до бажаних результатів, оскільки пластик все ще всюдисущий у землі, повітрі та воді та постійно зростає. Можна з упевненістю сказати, що пластик навіть не завжди видно неозброєним оком, але він всюди! На жаль, ми не можемо вирішити проблему переробки та утилізації пластикових матеріалів.
У дослідженні, опублікованому в Праці Національної академії наук США, дослідники виявили відомий природний фермент який живиться пластиком. Це було випадкове відкриття, коли вони досліджували структуру ферменту, який був знайдений у відходах, готових для переробки в центрі в Японії. Цей фермент під назвою Ideonella sakaiensis 201-F6 здатний «з’їдати» або «живитися» запатентованим пластиковим ПЕТ або поліетилентерефталатом, який найчастіше використовується в мільйонах тонн пластикових пляшок. Фермент в основному дозволив бактеріям розкладати пластик як джерело їжі. Наразі не існує рішень для переробки ПЕТ, а пластикові пляшки з ПЕТ зберігаються в навколишньому середовищі більше сотень років. Це дослідження, проведене командами з Університету Портсмута та Національної лабораторії відновлюваної енергії Департаменту енергетики США (NREL), породило величезну надію.
Початкова мета полягала в тому, щоб визначити тривимірну кристалічну структуру цього природного ферменту (званого PETase) і використати цю інформацію, щоб зрозуміти, як саме працює цей фермент. Вони використовували інтенсивний промінь рентгенівських променів, які в 10 мільярдів разів яскравіші за сонце, щоб з’ясувати структуру і побачити окремі атоми. Такі потужні промені дозволили зрозуміти внутрішню роботу ферменту та надали правильні схеми, щоб мати можливість розробляти швидші та ефективніші ферменти. Було виявлено, що PETase зовні дуже схожа на інший фермент під назвою кутиназа, за винятком того, що PETase має особливу особливість і більш «відкритий» активний центр, який, як вважають, вміщує полімери, виготовлені людиною (замість природних). Ці відмінності відразу вказують на те, що ПЕТаза може розвиватися більше, особливо в середовищі, що містить ПЕТ, і, таким чином, може руйнувати ПЕТ. Вони мутували активний сайт PETase, щоб зробити його схожим на кутиназу. Далі було абсолютно несподіваним результатом: мутант PETase зміг деградувати PET навіть краще, ніж природна PETase. Таким чином, в процесі розуміння та спроби покращити здатність природного ферменту дослідники випадково розробили новий фермент, який був навіть кращим за природний фермент у розщепленні ПЕТ. пластики. Цей фермент також може розщеплювати поліетиленфурандикарбоксилат або PEF, замінник ПЕТ пластику на біологічній основі. Це вселяло надію впоратися з іншими субстратами, такими як PEF (поліетиленфураноат) або навіть PBS (полібутиленсукцинат). Інструменти ферментної інженерії та еволюції можна постійно застосовувати для подальшого вдосконалення. Дослідники шукають спосіб удосконалити фермент, щоб його функції можна було включити в потужну великомасштабну промислову установку. Інженерний процес дуже схожий на ферменти, які в даний час використовуються в біомийних мийних засобах або у виробництві біопалива. Технологія існує, і тому промислова життєздатність повинна бути досягнута в найближчі роки.
Щоб зрозуміти деякі аспекти цього дослідження, необхідні подальші дослідження. По-перше, фермент розщеплює великі шматки пластику на менші шматки, тому він підтримує переробку пластикових пляшок, але весь цей пластик потрібно спочатку відновити. Цей «менший» пластик після відновлення можна було б використати, щоб повернути їх у пластикові пляшки. Фермент не може «самостійно знайти пластик» у навколишньому середовищі. Одним із запропонованих варіантів може бути введення цього ферменту в деякі бактерії, які можуть почати руйнувати пластик з більшою швидкістю, витримуючи високі температури. Крім того, довгостроковий вплив цього ферменту ще потрібно усвідомити.
Вплив такого інноваційного рішення для боротьби з пластиковими відходами був би дуже високим у глобальному масштабі. Ми намагаємося вирішити проблему пластику з моменту появи самого пластику. Існують закони, які забороняють використання одного пластику, а також перероблений пластик зараз скрізь віддають перевагу. Навіть такі невеликі кроки, як заборона пластикових пакетів у супермаркетах, обговорювали всі ЗМІ. Справа в тому, що ми повинні діяти швидко, якщо ми хочемо зберегти своє планета із пластику забруднення. Хоча ми повинні продовжувати використовувати переробку в повсякденному житті, заохочуючи до цього і наших дітей. Нам все ще потрібне гарне довгострокове рішення, яке може йти рука об руку з нашими особистими зусиллями. Це дослідження знаменує собою початок вирішення однієї з найбільших проблем, які постають перед нами планета стикається.
***
{Ви можете прочитати оригінальну дослідницьку роботу, натиснувши посилання DOI, наведене нижче в списку цитованих джерел(ів)}
Джерела
Гаррі П та ін. 2018. Характеристика та розробка ароматичної поліестерази, яка розкладає пластиці. Праці Національної академії наук. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
