Ензим за изяждане на пластмаса: надежда за рециклиране и борба със замърсяването

Изследователи са идентифицирали и създали ензим, който може да разгражда и консумира някои от най-често замърсяващите пластмаси, което дава надежда за рециклиране и борба със замърсяването.

Замърсяването с пластмаси е най-голямото екологично предизвикателство в световен мащаб под формата на замърсяване с пластмаси и оптималното решение на този проблем все още остава неуловим. Повечето пластмаси се произвеждат от петрол или природен газ, които са невъзобновяеми ресурси, добивани и преработвани с помощта на енергоемки техники. По този начин самото им производство е много разрушително за крехките екосистеми. Унищожаването на пластмасите (най-вече чрез изгаряне) причинява замърсяване на въздуха, водата и земята . Около 79% от пластмасата, произведена през последните 70 години, е била изхвърлена, или на сметища, или в околната среда, докато само около девет процента се рециклира, а останалата част се изгаря. Този процес на изгаряне излага уязвимите работници на токсични химикали, които включват канцерогенни вещества. Твърди се, че океаните съдържат около 51 трилиона микропластмасови частици и бавно изчерпват морския живот. Някои от пластмасовите микрочастици се разнасят във въздуха, което води до замърсяване , и е реална възможност да ги вдишваме. Никой не можеше да предвиди през 1960-те години на миналия век, че появата и популярността на пластмасите един ден ще се превърнат в бреме, като огромните количества пластмасови отпадъци ще се намират в красивите ни океани, във въздуха и ще се изхвърлят върху ценните ни земи.

Пластмасовите опаковки са най-голямата заплаха и най-корупционното приложение на пластмасата. Проблемът обаче е, че найлоновите торбички са навсякъде, използват се за всякакви цели и няма контрол върху употребата им. Този вид синтетична пластмаса не се биоразгражда, а просто се натрупва на сметища и допринася за замърсяването на околната среда . Има инициативи за „пълна забрана на пластмасата“, особено на полистирола, който се използва в опаковките. Това обаче не води до желаните резултати, тъй като пластмасата все още е повсеместна в земята, въздуха и водата и нейното разпространение непрекъснато се разраства. Можем спокойно да кажем, че пластмасата може дори да не е видима с просто око през цялото време, но е навсякъде! Жалко е, че не сме в състояние да се справим с проблема с рециклирането и изхвърлянето на пластмасовите материали.

В проучване, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences USA , изследователи са открили известен естествен ензим , който се храни с пластмаса. Това е случайно откритие, докато са изследвали структурата на ензим, открит в отпадъци, готови за рециклиране в център в Япония. Този ензим, наречен Ideonella sakaiensis 201-F6, е способен да „изяде“ или „храни“ патентована пластмаса PET или полиетилен терефталат, която най-често се използва в милиони тонове пластмасови бутилки. Ензимът по същество е позволил на бактериите да разградят пластмасата като свой източник на храна. В момента не съществуват решения за рециклиране на PET, а пластмасовите бутилки, изработени от PET, се задържат в околната среда повече от стотици години. Това проучване, ръководено от екипи от Университета в Портсмут и Националната лаборатория за възобновяема енергия (NREL) към Министерството на енергетиката на САЩ, породи огромна надежда.

Първоначалната цел беше да се определи триизмерната кристална структура на този естествен ензим (наречен PETase) и да се използва тази информация, за да се разбере как точно работи. Те използваха интензивен лъч рентгенови лъчи – които са 10 милиарда пъти по-ярки от слънцето – за да изяснят структурата и да видят отделните атоми. Такива мощни лъчи позволиха да се разбере вътрешната работа на ензима и предоставиха правилни чертежи, за да могат да се проектират по-бързи и по-ефективни ензими. Беше разкрито, че PETase изглежда много подобно на друг ензим, наречен кутиназа, с изключение на това, че PETase има специална характеристика и по-„отворен“ активен център, за който се смята, че побира създадени от човека полимери (вместо естествените). Тези разлики веднага показаха, че PETase може да е по-еволюирала, особено в среда, съдържаща PET, и по този начин да може да разгражда PET. Те мутираха активния център на PETase, за да го направят да изглежда по-подобен на кутиназа. Това, което последва, беше напълно неочакван резултат – мутантът на PETase успя да разгради PET дори по-добре от естествената PETase. По този начин, в процеса на разбиране и опит за подобряване на способността на естествения ензим, изследователите случайно са създали нов ензим, който е дори по-добър от естествения ензим в разграждането на PET пластмаси . Този ензим може също да разгражда полиетилен фурандикарбоксилат или PEF, биобазиран заместител на PET пластмаси. Това е породило надежда за справяне с други субстрати като PEF (полиетилен фураноат) или дори PBS (полибутилен сукцинат). Инструментите за ензимно инженерство и еволюция могат да се прилагат непрекъснато за по-нататъшно усъвършенстване. Изследователите търсят начин за подобряване на ензима, така че неговата функция да може да бъде включена в мощна мащабна индустриална инсталация. Инженерният процес е много подобен на ензимите, които понастоящем се използват в био-перилни препарати или в производството на биогорива. Технологията съществува и следователно индустриалната жизнеспособност би трябвало да бъде постижима през следващите години.

Необходими са допълнителни изследвания, за да се разберат някои аспекти на това изследване. Първо, ензимът разгражда по-големите парчета пластмаса на по-малки парчета, следователно поддържа рециклирането на пластмасови бутилки, но цялата тази пластмаса трябва първо да бъде възстановена. Тази „по-малка“ пластмаса, когато бъде възстановена, може да се използва за превръщането им обратно в пластмасови бутилки. Ензимът не може наистина да „открие пластмаса сам“ в околната среда. Един от предложените вариант може да бъде да се засади този ензим в някои бактерии, които могат да започнат да разграждат пластмасата с по-висока скорост, докато издържат на високи температури. Също така, дългосрочното въздействие на този ензим все още трябва да се разбере.

Въздействието на подобно иновативно решение за справяне с пластмасовите отпадъци би било много голямо в световен мащаб. Опитваме се да се справим с проблема с пластмасата още от появата на самата пластмаса. Има закони, забраняващи употребата на еднократна пластмаса, а също така рециклираната пластмаса вече е предпочитана навсякъде. Дори малки стъпки като забраната на пластмасовите торбички за носене в супермаркетите са широко отразени в медиите. Въпросът е, че трябва да действаме бързо, ако искаме да предпазим планетата си от замърсяване с пластмаса . Въпреки това, трябва да продължим да приемаме рециклирането в ежедневието си, като същевременно насърчаваме децата си да го правят. Все още се нуждаем от добро дългосрочно решение, което може да върви ръка за ръка с нашите индивидуални усилия. Това изследване бележи началото за справяне с един от най-големите проблеми, пред които е изправена нашата планета.

***

Източник (и)

Harry P et al. 2018. Характеризиране и инженеринг на ароматна полиестераза, разграждаща пластмаси. Proceedings of the National Academy of Sciences. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115

***

Latest

Дараксонрасиб е одобрен за рак на панкреаса

Дараксонрасиб (Rasonque от Revolution Medicines, Inc.), инхибитор на...

Ледников колапс доведе до сеизмично събитие в Непал 

Сеизмичното събитие с магнитуд 5.2, регистрирано близо до границата...

Значение на римския космически телескоп „Нанси Грейс“

Римският космически телескоп „Нанси Грейс“ (обикновено наричан...

НАСА кани ISRO да се присъедини към програмата за лунна база

НАСА покани ISRO (Индийската организация за космически изследвания) да...

Пълно слънчево затъмнение през 2026 г.

На 12 август 2026 г. се случи пълно слънчево затъмнение...

Изкуственият интелект проектира цялостни функционални геноми

Моделът на геномния език Evo 2 е проектирал нови...

Бюлетин

Не пропускайте

Започват изпитания на лекарства за COVID-19 във Великобритания и САЩ

Клинични проучвания за оценка на ефективността на лекарството против малария, хидроксихлорохин...

Мегатозъби акули: Термофизиологията обяснява нейната еволюция и изчезване

Изчезнали гигантски мегатозъби акули са били на върха на...

Прецизна медицина за рак, невронни разстройства и сърдечно-съдови заболявания

Ново проучване показва метод за индивидуално разграничаване на клетките...

Възраждане на свинския мозък след смъртта: Инч по-близо до безсмъртието

Учени съживиха мозъка на свинете четири часа след...

Варианти на коронавирус: какво знаем досега

Коронавирусите са РНК вируси, принадлежащи към семейство coronaviridae. Тези вируси показват забележително високо...
Екип на SCIEU
Екип на SCIEUhttps://www.scientificeuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Значителен напредък в науката. Въздействие върху човечеството. Вдъхновяващи умове.

Дараксонрасиб е одобрен за рак на панкреаса

Дараксонрасиб (Rasonque от Revolution Medicines, Inc.), инхибитор на RAS GTPase семейството, е одобрен за лечение на възрастни с метастатичен панкреатичен...

Ледников колапс доведе до сеизмично събитие в Непал 

Сеизмичното събитие с магнитуд 5.2, регистрирано близо до границата между Непал и Китай на 26 август 2026 г. в 8:37 ч. местно време (02:52:10 UTC), е...

Значение на римския космически телескоп „Нанси Грейс“

Римският космически телескоп „Нанси Грейс“ (известен още като Римски телескоп) ще бъде изстрелян в космоса на 30 август 2026 г. Той ще...