Ученые из Техасского университета в Остине создали модифицированный фермент, сокращающий расщепление пластика до нескольких дней — обычно этот процесс занимает столетия. Разработка не обошлась без искусственного интеллекта.
Ученые использовали машинное обучение, чтобы найти мутации для создания быстродействующего белка, способного расщеплять компоненты ПЭТ (полиэтилентерефталата — синтетической пластмассы, которая используется в одежде и пластике). Согласно исследованию, ПЭТ составляет 12% мировых отходов.
Расщепление происходит за счет деполимеризации — процесса, при котором катализатор разделяет компоненты ПЭТ на оригинальные мономеры. Затем их можно полимеризовать заново (создать из них первичный пластик) и превратить в новые продукты.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature.
Отличия от других ферментов
Что удивительно, фермент, разработанный учеными, расщепляет пластик всего за неделю. По словам профессора химической инженерии и автора статьи Хэла Альпера, новый способ позволяет каждый раз производить первичный пластик, тогда как в традиционном при плавлении и повторном придании формы с каждый циклом теряется целостность пластика.
Как отмечается в статье, новый фермент дополняет уже существующие, которых с 2005 года было открыто 19. Они были получены из бактерий природного происхождения, живущих на пластике.
Авторы утверждают, что многие из этих ферментов созданы из пермутаций белков, которые хорошо функционируют лишь при определенной температуре и кислотности. А значит, они не могут применяться в различных условиях, например в центрах переработки. В то же время фермент, обнаруженный Альпером и его командом, способен расщеплять 51 вид ПЭТ при разной температуре и кислотности.
Процесс обнаружения
Фермент получил название FAST-PETase (аббревиатура от functional, active, stable, tolerant PETase; функциональная, активная, стабильная, выносливая ПЭТаза). Точная структура FAST-PETase определена с помощью МО.
Ученые предоставили алгоритму 19 тысяч структур белков и научили его предсказывать положение аминокислот в структуре, которые не оптимизированы для своей локальной среды.
Они также использовали формулу, чтобы переставлять аминокислоты в существующих типах ПЭТазы и выявили лучшие комбинации. Среди них была выбрана одна структура, активность которой по сравнению с существующими ферментами ПЭТазы в 2,4 раза выше при 40°C и в 38 раз — при 50°C. Затем ее протестировали при других температурах и кислотности, где она также превзошла существующие варианты.
Планы на будущее
Альпер и его команда надеются, что разработанный ими фермент будет масштабироваться лучше, чем большинство других, а также поможет бороться с глобальным кризисом пластиковых отходов.
Для начала, как утверждает Альпер, исследователям предстоит испытать FAST-PETase на различных типах ПЭТ из потока отходов и детрите, который часто встречается в пластиковых бутылках и на контейнерах. Ученые считают, что если они найдут фермент или группу ферментов, достаточно надежных для практического использования, то окружающая среди избавится от «миллиардов тонн» отходов.
Статья is: https://rb.ru/story/fast-petase/
#наука #эко #гринпис #утилизация отходов #ученые #пэт #бутылка