Біологи досліджували і описали білок МГЕТазу з двофферментою системи розщеплення пластику ПЕТ бактерії. Виявилося, що основний домен цього ферменту схожий на такий у другого білка системи - ПЕТАЗи. Дослідники також виявили унікальні властивості обох білків, які дозволяють їм каталізувати різні реакції - щаблі розщеплення ПЕТ. Дослідивши активність двох ферментів, вчені створили з них білок-химеру, який переробляв пластик ще краще. Дослідження опубліковано в журналі.
Питання про переробку пластику зараз стоїть гостро: цей продукт людської діяльності забруднює все нові місця. Нещодавно мікропластик слідом за океаном і ґрунтом виявили навіть у повітрі. Частинки пластику вже знайшли і в кишечниках антарктичних безхребетних - тобто пластикові відходи закріпилися навіть у харчових ланцюгах крихких екосистем Антарктики.
Дослідники намагаються знайти способи переробки пластику серед живих організмів: так, нещодавно відкрили ферментативну систему бактерії. Ця система складається з двох ферментів: Петази і МДЕТази. Кожен з білків каталізує один щабель розщеплення ПЕТ - поліетилентерефталату. З цього матеріалу виготовляють пластикові пляшки, кришки, килимки, щітки, плівки, склянки та багато іншого. Цей пластик синтезують з суміші терефталевої кислоти та етиленгліколю. До цих же речовин розщеплює ПЕТ двоферментативна система. ПЕТ перетворює ПЕТ в суміш МГЕТ, терефталевої кислоти і етиленгліколя, а МГЕТаза в свою чергу розщеплює МГЕТ.
Дослідники з Національної лабораторії відновлюваної енергії в Колорадо під керівництвом Джона Макгіхена (John E. McGeehan) відновили кристалічну структуру МГЕТ за допомогою рентгеноструктурного аналізу. Для цього вчені отримали кристали білків (агрегати молекул поза розчином) і піддали їх рентгенівському випромінюванню, а хвилі після дифракції зафіксували. За дифракційною картиною можна судити про розташування кожного атома в молекулі і, отже, встановити її структуру.
Незважаючи на те, що ферменти каталізують різні реакції, виявилося, що молекула МГЕТази схожа на молекулу ПЕТази: їх основні домени майже збіглися, але у першої виявили домен-кришку, що відрізняється. Подальші дослідження структури молекул показали, що специфічність субстрату у цих ферментів забезпечує унікальні для кожного з них риси. Наприклад, дослідники створили «безкришкову» МГЕТазу («lidless» MHETase) і показали, що такий фермент не виконує каталітичні функції звичайної МГЕТази.
Також структуру білка помістили в молекулярний симулятор CHARMM: комп'ютерну модель, яка пророкує властивості молекули. Таким чином вдалося встановити, що деацилювання в активному центрі (відщеплення ацильної групи при каталізі) - лімітуюча стадія роботи ферменту. Дослідники також порівняли активності різних форм і гомологів МГЕТаз і виявили важливі для каталізу амінокислоти.
Щоб перевірити, як два білки працюють разом, вчені обробили пластик ПЕТ тільки ПЕТазою і ПЕТазою в суміші з МГЕТазою в різних концентраціях. Виявилося, що плівка розкладається швидше при наявності обох ферментів, хоча саме ПЕТаза каталізує першу стадію розпаду. Тоді біологи просто «зшили» обидва білки разом і перевірили роботу химера. Виявилося, що такі ферменти працюють краще, ніж будь-який з білків окремо як при переробці ПЕТ (p 0.0001), так і при розщепленні МГЕТ (p 0.0005).
Нещодавно французькі дослідники синтезували штучний фермент, який здатний розщеплювати 90 відсотків ПЕТ за 10 годин. Отримані речовини за властивостями не поступаються початковій сировині з нафтопродуктів, і тому можуть використовуватися повторно. Це дозволить досягти замкнутого виробничого циклу.