Home Science & Technology Фермент, які паглынае пластык, можа з’ядаць тоны і тоны адходаў

Фермент, які паглынае пластык, можа з’ядаць тоны і тоны адходаў

229
0


Даследчыкі стварылі варыянт фермента, які можа разбураць шкодныя для навакольнага асяроддзя пластмасы, разбурэнне якіх звычайна займае стагоддзі, усяго ад некалькіх гадзін да дзён.

Гэта адкрыццё можа дапамагчы вырашыць адну з самых вострых экалагічных праблем у свеце: што рабіць з мільярдамі тон пластыкавыя адходы назапашваючыся на сметніках і забруджваючы нашы прыродныя землі і ваду.

Фермент мае патэнцыял, каб павялічыць перапрацоўку ў вялікіх маштабах, што дазволіць буйным галінам прамысловасці знізіць уплыў на навакольнае асяроддзе шляхам аднаўлення і паўторнага выкарыстання пластмас на малекулярным узроўні.

«Магчымасці бязмежныя ў галінах, каб выкарыстоўваць гэты перадавы працэс перапрацоўкі», – кажа Хэл Альпер, прафесар кафедры хімічнай тэхнікі ў Тэхаскім універсітэце ў Осціне.

«Акрамя відавочнай галіны ўтылізацыі адходаў, гэта таксама дае карпарацыям з усіх сектараў магчымасць узяць на сябе ініцыятыву ў перапрацоўцы сваёй прадукцыі. З дапамогай гэтых больш устойлівых ферментных падыходаў мы можам пачаць уявіць сабе сапраўдную кругавую эканоміку пластмас».

«З дапамогай гэтых больш устойлівых ферментных падыходаў мы можам пачаць уявіць сабе сапраўдную кругавую эканоміку пластмас».

Праект факусуюць на поліэтылентэрафталаце (ПЭТ), значнаму палімеры, які змяшчаецца ў большасці спажывецкіх упакоўкі, уключаючы кантэйнеры для печыва, бутэлькі з газіроўкай, упакоўку садавіны і салатаў, а таксама некаторыя валокны і тэкстыль. Гэта складае 12% усіх сусветных адходаў.

Фермент змог завяршыць «кругавы працэс» расшчаплення пластыка на больш дробныя часткі (дэпалімерызацыі), а затым хімічна злучыць яго разам (реполімерызацыя). У некаторых выпадках гэтыя пластыкі могуць быць цалкам раскладзеныя на мономеры ўсяго за 24 гадзіны.

Даследчыкі выкарыстоўвалі мадэль машыннага навучання для стварэння новых мутацый натуральнага фермента пад назвай PETase, які дазваляе бактэрыям дэградаваць пластмасу з ПЭТ. Мадэль прадказвае, якія мутацыі ў гэтых ферментах дазволяць дасягнуць мэты хуткай дэполімерызацыі пластыка пасля спажывецкіх адходаў пры нізкіх тэмпературах.

Дзякуючы гэтаму працэсу, які ўключаў вывучэнне 51 розных пластыкавых кантэйнераў, пяці розных поліэфірных валокнаў, а таксама тканін і бутэлек з вадой, зробленых з ПЭТ, даследчыкі даказалі эфектыўнасць фермента, які яны называюць FAST-PETase (функцыянальны, актыўны, стабільная і талерантная PETase).

Перапрацоўка – самы відавочны спосаб скарачэння пластыкавых адходаў. Але ва ўсім свеце менш за 10% усяго пластыка перапрацоўваецца. Найбольш распаўсюджаным метадам утылізацыі пластыка, акрамя выкідвання на сметнік, з’яўляецца яго спальванне, што з’яўляецца дарагім, энергаёмістым і выкідвае ў паветра шкодны газ. Іншыя альтэрнатыўныя прамысловыя працэсы ўключаюць вельмі энергаёмістыя працэсы гліколізу, піролізу і/або метанолізу.

Біялагічныя растворы займаюць значна менш энергіі. Даследаванні ферментаў для перапрацоўкі пластыка прасунуліся на працягу апошніх 15 гадоў. Аднак да гэтага часу ніхто не змог высветліць, як зрабіць ферменты, якія маглі б эфектыўна працаваць пры нізкіх тэмпературах, каб зрабіць іх партатыўнымі і даступнымі ў вялікіх прамысловых маштабах. FAST-PETase можа выконваць працэс пры тэмпературы менш за 50 градусаў Цэльсія (122 градуса па Фарэнгейту).

Далей каманда плануе працаваць над пашырэннем вытворчасці ферментаў для падрыхтоўкі да прамысловага і экалагічнага прымянення. Даследчыкі падалі заяўку на патэнт на тэхналогію і разглядаюць некалькі розных яе выкарыстання. Найбольш відавочнымі з’яўляюцца ачыстка звалак і экалагізацыя вытворчасцей з высокім утварэннем адходаў. Але яшчэ адзін ключавы патэнцыял выкарыстання – гэта аднаўленне навакольнага асяроддзя. Каманда разглядае шэраг спосабаў вывесці ферменты ў поле для ачысткі забруджаных месцаў.

«Разглядаючы прымяненне для ачысткі навакольнага асяроддзя, вам патрэбен фермент, які можа працаваць у навакольным асяроддзі пры тэмпературы навакольнага асяроддзя. Гэта патрабаванне – гэта тое, дзе наша тэхналогія мае велізарную перавагу ў будучыні”, – кажа Альпер.

Альпер, Эндру Элінгтан, прафесар Цэнтра сістэм і сінтэтычнай біялогіі, Натаніэль Лінд, дацэнт хімічнай інжынерыі, і Хунюань Лу, аспірант у лабараторыі Альпера, кіравалі распрацоўкай мадэлі машыннага навучання. Рагхав Шроф, былы член лабараторыі Элінгтана, а цяпер навуковы супрацоўнік Х’юстанскага метадысцкага навукова-даследчага інстытута, стварыў мадэль машыннага навучання 3DCNN, якая выкарыстоўваецца для стварэння фермента, які паядае пластык. Дэні Дыяз, цяперашні член лабараторыі Элінгтана, адаптаваў мадэль і стварыў вэб-платформу MutCompute, каб зрабіць яе даступнай для больш шырокага акадэмічнага выкарыстання.

Даследчыцкае і інжынернае падраздзяленне ExxonMobil у рамках бягучага даследчага пагаднення з UT Austin фінансавала працу.

Крыніца: UT Осцін

Previous articleThe discovery sheds light on a region that is little studied but rich in species – ScienceDaily
Next articleElectric fuel comes out of stealth mode using Porsche