Випадково створений мутантний фермент розщеплює пластик краще, ніж природний, пишуть біологи в Вони вивчали кристалічну структуру недавно відкритого ферменту, який розщеплює поліетилентерефталат (ПЕТ), і для перевірки однієї з гіпотез внесли мутації в активний центр білка, які повинні були «вимкнути» його активність, однак замість цього фермент став працювати на 20 відсотків ефективніше природного аналога.
Зараз пластик став одним з основних забруднювачів навколишнього середовища. За оцінками дослідників, за 60 років, з того моменту, як почало розвиватися промислове виробництво пластику, у світі виробили понад 8,3 мільярдів тонн різних його видів. Близько 80 відсотків пластикових відходів викидається.
Поліетилентерефталат - один з найпоширеніших різновидів пластику, з нього виготовляють ємності для напоїв і штучне волокно. Тому дослідники шукають способи утилізації ПЕТ без шкоди для навколишнього середовища. У 2016 році японські мікробіологи, досліджуючи ґрунт поблизу заводу з виробництва ПЕТ, знайшли бактерію, яка його гідролізує. За допомогою спеціальних ферментів мікроорганізм розщеплює ПЕТ на малотоксичні терефталеву кислоту і етиленгліколь. За шість тижнів бактерії виявилися здатні переробити полімерну плівку товщиною 0,2 міліметра.
Один з ферментів - ПЕТаза - «запускає» процес деградації ПЕТ і розщеплює полімер на мономерні ланки. У новій роботі біологи під керівництвом професора Джона Макгіхана (John McGeehan) з Плімутського університету і доктора Грега Бекхема (Gregg Beckham) з Національної лабораторії відновлюваних джерел енергії Міністерства енергетики США досліджували кристалічну структуру Петази, щоб зрозуміти, як вона працює. Вчені побудували тривимірну модель ферменту і змогли побачити, як працює його активний центр, утримуючи і розщеплюючи молекулу полімеру.
Дослідники з'ясували, що за структурою білок схожий на свій природний аналог, кутіназу. Цей фермент здатний гідролізувати природний віск кутин, який захищає листя і плоди рослин від надмірного випаровування води, але не може розщеплювати розгалужені штучні полімери. На відміну від кутінази у ПЕТази більш відкритий активний центр, який може утримувати такі молекули. Тому біологи припустили, що мікроорганізм еволюціонував у грунтах, що містять ПЕТ, і обзавівся ферментами, гідролізуючими полімер. Щоб перевірити цю гіпотезу, вчені створили мутантну ПЕТАЗу з активним центром, схожим на активний центр кутінази.
Однак мутантний фермент став гідролізувати пластик на 20 відсотків активніше природної Петази. Більш того, він виявився здатний переробляти поліетилен фурандикарбоксилат - полімер, отримуваний з целюлози. "Технологічно процес отримання ферменту майже такий же, як отримання білків, які використовуються в біодетергентах і при виробництві біопалива. Технологія існує і є велика ймовірність, що в наступні роки ми побачимо індустріальний процес розщеплення ПЕТ і, можливо, інших речовин на початкові "будівельні блоки", які можна буде постійно переробляти ", - говорить Джон Макгіхан.
Пластик став воістину всюдисущий - мікрочастинки пластику знаходять у водопровідній воді по всьому світу, а пластикові відходи дісталися до віддалених безлюдних островів. Тим кориснішими стають тварини, здатні переробляти цю масу до нетоксичних речовин. Так, дослідники з'ясували, що личинки хрущака можуть їсти пластик, у тому числі пінополістирол, а личинки воскової молі швидко поїдають поліетилен і виділяють етиленгліколь.