Ученые случайно создали мутантный фермент, способный поедать пластик

Толчком для нового исследования стало открытие в 2016 году первой бактерии, которая в результате естественной эволюции «научилась» есть пластик. Она была обнаружена на свалке отходов в Японии. Ученым удалось выяснить детальную структуру основного фермента, продуцируемого бактерией.

Затем международная группа ученых преобразовала этот фермент, чтобы узнать каким образом он возник, но испытания показали, что они случайно получили молекулу, способную еще лучше расщеплять пластик (полиэтилентерефталат), используемый для производства бутылок с безалкогольными напитками. «На самом деле оказалось, что мы улучшили фермент, что нас даже немного шокировало, – рассказал профессор Джон Макгихан из университета в британском Портсмуте, который возглавлял исследование. – Это настоящее открытие, причем весьма значительное».

Мутантный фермент уже через несколько дней начинает разрушать пластик. Разумеется, это гораздо быстрее, чем многие столетия, которые требуются для этого в океанах. Однако, исследователи надеются, что процесс может быть дополнительно ускорен и в конечном итоге станет пригоден для широкомасштабного применения.

«Мы надеемся, что сможем использовать этот фермент, чтобы превращать пластик обратно в исходные элементы, а затем после соответствующей переработки снова делать из них пластик, – сказал Макгихан. – Это означает, что нам не нужно будет добывать дополнительное количество нефти, а кроме того, значительно сократится количество пластиковых отходов в окружающей среде».

Новое исследование, результаты которого опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, началось с определения точной химической структуры фермента, выделяемого японской бактерией. Команда использовала устройство Diamond Light Source в лаборатории близ Оксфорда, источник интенсивного рентгеновского излучения, который в 10 миллиардов раз ярче солнца и способен обнаруживать даже отдельные атомы.

Структура фермента оказалась очень похожа на ту, что вырабатывается многими бактериями для разрушения кутина, природного полимера, используемого растениями в качестве защитного покрытия. Но когда ученые производили манипуляции с этим ферментом, они случайно улучшили его способность расщеплять пищевой пластик PET.

«Улучшение довольно скромное – всего на 20 процентов – но дело даже не в этом, – сказал Макгихан. – Это невероятно, поскольку означает, что фермент на самом деле еще не оптимизирован. Это дает нам возможность применить все технологии, используемые в разработке других ферментов уже много лет, и в конечном итоге создать сверхбыстрый фермент».

Промышленные ферменты широко применяются, например, в производстве стиральных порошков и биотоплива. За несколько лет их научили работать в 1000 раз быстрее, и такого же результата ожидает Макгихан для фермента, расщепляющего пластик. Исследователями Портсмута и сотрудниками Национальной лаборатории возобновляемой энергии в Колорадо была подана патентная заявка на мутантный фермент.

Одно из возможных усовершенствований заключается в том, чтобы трансплантировать мутантный фермент в так называемые «экстримофильные бактерии», которые могут выдерживать температуры свыше 70^о С, то есть точки плавления пластика PET. Предположительно, в расплавленном виде пластик может распадаться в 10-100 раз быстрее.

Предыдущие научные работы показали, что некоторые грибки также могут расщеплять пищевой полиэтилентерефталат, на который приходится около 20 процентов мирового производства пластика. Но бактерии гораздо легче приспособить для промышленного использования, чем грибок.

Другие типы пластика также могут расщепляться бактериями, которые в настоящее время эволюционируют в окружающей среде, считает Макгихан: «Люди сейчас энергично ищут эти микроорганизмы». Полиэтилентерефталат в огромных количествах тонет в морской воде, но некоторые ученые предполагают, что питающиеся пластиком бактерии могут однажды быть «распылены» на гигантские мусорные пятна в океанах, чтобы очистить дно.

Источник