Бактериальный фермент, растворяющий пластик

Cегодня невозможно представить наш мир без пластика. И хотя его полномасштабное производство началось только в 1050-е годы, за этот небольшой период земляне сумели произвести 8,3 млрд тонн пластмассы! Примерно столько же весят 25 тысяч нью-йоркских небоскребов Эмпайар-стейт-билдинг или 1 миллиард слонов. Если нынешняя тенденция производства сохранится, к 2050 году будет произведено 12 млрд тонн пластмассы.

Самая большая проблема заключается в том, что многие продукты из пластика, такие как упаковочный материал и полиэтиленовые пакеты, используются очень недолго, а затем выбрасывается. Более 70% всей произведенной пластмассы теперь валяется на мусорных свалках или просто засоряет окружающую среду, в том числе - мировой океан. Горы пластика продолжают расти, и как утверждают ученые-экологи, его уже накопилось столько, что пластмассой можно полностью покрыть большую страну, такую как Аргентина. Способов навсегда избавиться от пластмассы немного. Ее можно уничтожить термическим способом в процессе пиролиза или же просто сжечь, хотя последний вариант вреден как для человека, так и для окружающей среды.

Ученые многих стран ищут пути решения, позволяющие утилизировать пластик без ущерба для окружающей среды.

В 2018 году отдел науки BBC опубликовал материал о научной работе группы исследователей Портсмутского университета. Им удалось усовершенствовать существующий в природе фермент, который способен разлагать некоторые из наиболее распространённых полимеров, загрязняющих окружающую среду. Первоначально этот фермент был обнаружен в Японии. Японские ученые сообщили в 2016 году, что они обнаружили разновидность бактерии Ideonella sakaiensis, развившейся за миллионы лет в листьях растений, на заводе по переработке пластиковых бутылок в портовом городе Сакаи. Бактерия пожирает полиэтилен PET в качестве основного источника энергии.

Для изучения была сформирована международная группа ученых, которые поставили целью определение природы и путей эволюции фермента PETase. Биохимики создали трехмерную компьютерную модель фермента, применив мощный рентгеновский лазер.

Разобравшись в молекулярной структуре этого фермента, ученые отметили, что эффективность действия PETase можно улучшить, внеся изменения в его поверхностную структуру. Тем не менее, было понятно, что путь трансформации открытия в практически применимую технологию будет не простой. Во-первых, предстояло разработать способы недорогого производства такого фермента в промышленных масштабах; во-вторых, получить надежные методы его применения и контроля над его действием.

В четверг в престижном научном журнале Nature была опубликована статья о работе в этом направлении французских ученых. Исследователи французской новаторской компании «Carbios», занимающейся промышленными разработками в сфере биопереработки пластика, создали бактериальный фермент, способный растворять пластиковые бутылки в течение нескольких часов.

Впервые этот фермент в натуральном виде был обнаружен в куче сгнивших листьев еще в 2012 году, на его основе ученые и вывели новое вещество. "Все напрочь забыли о той находке, но она оказалась лучшей в этой области", - сказал в интервью британской газете Guardian глава научного отдела Carbios, профессор Университета Тулузы Ален Марти. В разработке новой технологии фирме Carbios вызвались помочь такие промышленные гиганты, как компании Pepsi и L'Oreal.

Как это работает

Открытие французских ученых может стать важным этапом в процессе переработки некоторых видов пластика, в частности, ПЭТ-бутылок, сделанных на основе полиэтилена разной плотности. Именно к категории ПЭТ относится большинство бутылок и контейнеров широкого потребления.

Фермент способен расщеплять пластик таких бутылок на материалы, которые впоследствии могут быть использованы для производства новых бутылок. При нынешних технологиях конечный продукт переработки ПЭТ получается недостаточно качественным для изготовления новых бутылок. Обычно его пускают на производство одежды и ковров.

Новый фермент способен расщеплять до 90% полимеров всего за 10 часов, и это, по словам ученых, самый эффективный и оптимальный фермент для ПЭТ из всех известных на данный момент.

"Настоящий прорыв"

Стоимость производства нового фермента в промышленных масштабах будет невелика по сравнению со многими другими процессами, считают ученые. Например, производство пластика из нефти обойдется в 25 раз дороже.

"Это настоящий прорыв в производстве и переработке ПЭТ", - считает Салех Джабарин, профессор Университета Толедо в американском штате Огайо и член научного совета компании Carbios.

Исследователи надеются получить точные ответы относительно промышленного и коммерческого потенциала фермента в 2021 году, после того как будут проведены все испытания. "Наша цель - превратить открытие в масштабное производство к 2024-25 годам", - говорит заместитель исполнительного директора компании Carbios Мартин Стефан.

Статья написана по материалам сайта: https://www.bbc.com/