Причиной нового исследования было открытие в 2016 году первой бактерии, которая естественным образом развивалась, чтобы есть пластик, на свалке отходов в Японии. Ученые абсолютно случайно обнаружили подробную структуру ключевого фермента.
В ходе своей работы международная команда корректировала фермент, чтобы узнать, как он развивался, но тесты показали, что они случайно улучшили свойства молекулы разрушать пластик ПЭТ (полиэтилентерефталата), используемого для создания пластиковых бутылок.
Новое исследование, опубликованное в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences», началось с определения точной структуры фермента. Структура фермента очень похожа на структуру, развитую многими бактериями для разрушения кутина, природного полимера, используемого в качестве защитного покрытия растениями. Но когда команда корректировала фермент для изучения этой связи, она случайно улучшила способность фермента разрушать пластик.
«На самом деле оказалось, что мы улучшили фермент, и для нас это было шоком», - сказал профессор Джон МакГихан (John McGeehan) из Университете Портсмута, Великобритания, который руководил исследованиями. «Это здорово и настоящее открытие».
Мутирующему ферменту необходимо несколько дней, чтобы начать разрушать пластик – это гораздо быстрее, чем столетия, которые он будет плавать в океанах. Но исследователи настроены оптимистичны, и смогут ускорить процесс еще быстрее, и он может стать жизнеспособным крупномасштабным процессом.
«Наше открытие на самом деле очень важно, потому что говорит нам о том, что фермент еще не оптимизирован. Это дает нам возможность использовать все технологии, используемые в течении многих лет в других ферментах, и сделать супер-быстрый фермент».
Промышленные ферменты широко используются, например, в производстве стиральных порошков и при производстве биотоплива. За несколько лет их заставили работать в 1000 раз быстрее, то же, что МакГихан надеется сделать и для разработанного фермента. Уже был подан патент на конкретный мутирующий фермент исследователями Портсмута и сотрудниками Национальной лаборатории возобновляемой энергии США в Колорадо.
Одно из возможных усовершенствований заключается в том, чтобы перевести мутирующий фермент в «бактерии-энзимофилы», которые могут выдержать температуры выше 70 ° С, в результате чего ПЭТ изменяется от стеклообразного до вязкого состояния, что приводит к его деградации в 10-100 раз быстрее.
«То, что мы надеемся сделать, это использовать этот фермент, чтобы превратить пластик обратно в его оригинальные компоненты, чтобы мы могли буквально переработать пластик обратно в пластик», - сказал МакГихан. «Это означает, что нам не нужно будет выкапывать больше нефти, и, в сущности, это должно уменьшить количество пластика в окружающей среде».
Каждую минуту по всему миру продается около 1 млн. пластиковых бутылок, а перерабатывается всего 14%. Большая часть пластика попадает в океаны, где он загрязняет даже самые отдаленные части, нанося вред морской жизни и потенциально людям, которые едят морепродукты. «Пластик невероятно устойчив к деградации. С ним наше будущее выглядит ужасно», - сказал МакГихан. «Это один из этих чудо-материалов, который был сделан слишком хорошо».
И даже те пластиковые бутылки, которые в настоящее время перерабатываются, могут быть использованы в качестве пластиковых волокон для одежды или ковров.
Новый же фермент может предложить способ рециркуляции пластиковых бутылок обратно в пластиковые бутылки, что может сократить потребность в производстве нового пластика.