Новый фермент, открытый учеными, может расщеплять пластик, на разложение которого обычно уходят столетия, всего от нескольких часов до нескольких дней.
Это открытие, опубликованное в журнале Nature , может помочь решить одну из самых насущных экологических проблем в мире: что делать с миллиардами тонн пластиковых отходов, которые накапливаются на свалках. Фермент может ускорить переработку в больших масштабах, что позволит крупным предприятиям снизить воздействие на окружающую среду за счет восстановления и повторного использования пластика на молекулярном уровне.
«Возможности использования этого передового процесса переработки безграничны в разных отраслях», — сказал Хэл Альпер, профессор кафедры химического машиностроения МакКетты в UT Austin.
«Помимо очевидной индустрии управления отходами, это также дает корпорациям возможность взять на себя инициативу по переработке своей продукции. Благодаря ферментам мы можем создать настоящую безотходную экономику пластмасс».
Проект сосредоточен на полиэтилентерефталате (ПЭТ) - полимере, который используется в большинстве упаковок. Это составляет 12% всех мировых отходов.
Фермент смог завершить процесс разрушения пластика на более мелкие части и последующего химического соединения (реполимеризация). В некоторых случаях пластмассы удавалось полностью расщепить на мономеры всего за 24 часа.
Исследователи и использовали модель машинного обучения для создания новых мутаций природного фермента под названием PETase, который позволяет бактериям разлагать ПЭТ-пластик. Модель предсказывает, какие мутации в ферментах помогут быстро деполимеризовать пластики при низких температурах.
С помощью этого процесса, который включал изучение 51 различных пластиковых контейнеров, пяти различных полиэфирных волокон и тканей, а также бутылок для воды, сделанных из ПЭТ, исследователи доказали эффективность фермента, который они назвали FAST-PETase.
«Эта работа действительно демонстрирует силу объединения различных дисциплин, от синтетической биологии до химического машиностроения и искусственного интеллекта», — сказал Эндрю Эллингтон, профессор Центра систем и синтетической биологии, чья команда руководила разработкой модели машинного обучения.
Переработка — самый очевидный способ сократить количество пластиковых отходов. Но в мире перерабатывается менее 10% всего пластика.
Далее команда планирует работать над увеличением производства ферментов, чтобы подготовить их к промышленному и экологическому применению. Исследователи подали заявку на патент на технологию и рассматривают несколько вариантов ее использования. Наиболее очевидными из них являются очистка свалок и озеленение производящих большое количество отходов производств.