Одна из удивительных вещей в нашей вселенной состоит в том, что ничего не пропадает впустую. Например, вы - невероятно шедевральная работа, которая состояла из мусора, образовавшегося после взрыва сверхновой звезды. В каждом уголке и трещине космоса вселенная реорганизуется и повторно используется. Это Великий Переработчик.
Эта планета перерабатывает все - воду, углерод, питательные вещества всех видов. Мы могли бы быть хороши в переработке материала на Земле. Но мы, люди, так себе переработчики. Возьмите пластик: мы делаем большую работу по добыче древних отложений углерода, чтобы переработать его. Но с 1940-х годов мы произвели умопомрачительное количество продукции, которая будет мертвым грузом для окружающей среды в течение многих веков, убивая дикую природу и выщелачивая токсичные химикаты. Из этого обычно перерабатывается менее 10 процентов.
В 2016 году японская исследовательская группа обнаружила бактерии (Ideonella sakaiensis), которые внесли свой вклад в переработку пластмасс там, где люди терпели неудачу. Полиэтилентерефталат (ПЭТ) пластики повсюду - особенно в пластиковых бутылках с содой и водой - и его молекулярные связи очень сильны, поэтому было чем-то удивительным, когда колония этих бактерий была обнаружена на японской свалке.
В номере журнала "Proceedings of the National Academy of Sciences" от 17 апреля 2018 года международная группа ученых сообщила о ферменте, известном как PETase, произведенном этой бактерией. Они обнаружили, что фермент PETase расщепляет ПЭТ. Однако PETase это только часть уравнения. Ученые также изучали структуру второго фермента - MHETase.
Вот где биохимик и структурный биолог доктор Герт Вебер со своей команда из совместной исследовательской группы кристаллографии белка в Helmholtz-Zentrum Berlin и Freie Universität Berlin вступают в игру. Вебер и его команда определили, что MHETase не только связывается с ПЭТ, но и разлагает его. Их выводы были опубликованы в журнале Nature Communications в апреле 2019 года выпуска.
Вебер объяснил как это работает: "PETase и MHETase принадлежат к ферментному классу, называемому гидролазами. Они разрушают сложные эфирные связи широко используемого полиэфирного полиэтилена, так что строительные блоки, необходимые для повторного синтеза полимера, высвобождаются."
"PETase - это только половина размера MHETase и расщепляет полимер (ПЭТ) на более мелкие кусочки, называемые MHET, который состоит из двух строительных блоков ПЭТ, этиленгликоля и терефталевой кислоты. Затем MHETase расщепляет MHET, чтобы получить те самые два вещества, которые необходимы для нового раунда синтеза полимеров, этиленгликоля и терефталевой кислоты", - добавляет он.
И что это значит? Эти два бактериальных фермента специфически разрушают ПЭТ-пластики. Потенциально они могли бы стать решением проблемы с массовыми отходами Земли. Но проблема в том, что они медленные и неэффективные. Оба фермента происходят от бактерий. Поскольку ПЭТ всего около 75 лет, оба фермента претерпели быструю эволюцию и далеки от совершенства.
Вебер говорит, что он верит, что ферменты, поедающие пластик, в конечном счете улучшатся, чтобы они могли работать в каком-то экологическом потенциале. Но это будет ограничено.
"Традиционные методы утилизации ПЭТ (которые составляют около 18% всех пластмасс) имеют много недостатков", - объясняет он. "Необходима интенсивная предварительная сортировка, и они являются энергоемкими."
Такие ферменты, как PETase и MHETase, расщепляют ПЭТФ до его структурных элементов, которые затем могут быть очищены. Эти чистые строительные блоки могут быть использованы для нового цикла синтеза ПЭТФ. Это может выполняться в течение неограниченного числа циклов, с минимальными потерями углерода, требующими небольшого количества энергии и практически без потребления сырой нефти".
Если этот способ будет работать, то сможет создать замкнутый цикл производства и утилизации ПЭТ-пластика, который будет полностью устойчивым. Но не все новости хорошие.
"В окружающей среде пластмассы либо уже находятся во фрагментированном виде, либо они фрагментируются с течением времени", - говорит Гербер.
Чем меньше фрагменты, тем труднее их удалить из окружающей среды. Распространение и фрагментация пластмасс слишком широко распространены, чтобы решить эту проблему с помощью каких-либо мер. Открытие PETase и MHETase возможно говорит о том, что природа ищет решения для других типов полимеров с различными ферментами. Его совет: прекратить производство ПЭТ-пластика как можно скорее.