Биологи случайно улучшили фермент, расщепляющий пластик — Naked Science
7 минут
Редакция
2

Биологи случайно улучшили фермент, расщепляющий пластик

Ученые, проверяя гипотезу механизма работы энзима, неожиданно увеличили скорость расщепления и ассортимент полимеров

24-0_
©Wikipedia

Ученые университета Портсмута и Национальной лаборатории возобновляемой энергии (National Renewable Energy Laboratory, NREL) Министерства энергетики США изучали структуру фермента ПЭТазы. Попытка изучить механизм его работы неожиданно привела к повышению его эффективности на 20 процентов.

 

ПЭТаза (PETasa) расщепляет полиэтилентерефталат (ПЭТ) — пластик, используемый для изготовления баклажек для пива и газированных напитков. Полиэфирное волокно лавсан (полиэстер, дакрон) также состоит из ПЭТ. Утилизация отработанных изделий без экологических рисков — важная и актуальная проблема.

 

Японские специалисты в 2016 году обнаружили в почве вблизи завода по производству пластика бактерию Ideonella sakaiensis, которая успешно расщепляет ПЭТ на этиленгликоль и 1,4-бензолдикарбоновую кислоту. Миллиметровый слой полиэтилентерефталата такие бактерии переработают приблизительно за семь-восемь месяцев, поэтому интерес к работе фермента вполне понятен: отходы ПЭТ копились по всему миру десятилетиями.

 

Исследование было международным: ученые построили трехмерную модель энзима, используя возможности ускорительного комплекса третьего поколения Diamond Light Source (Оксфордшир, Великобритания). Специалисты получили 3D-модель с мельчайшими деталями при помощи длинноволнового молекулярного кристаллографа I23.

 

Профессор Джон МакГихан (John E. McGeehan) одобрил качество данных: «Возможность наблюдать работу этого биологического катализатора дала нам черновики для создания более быстрого и эффективного фермента». ПЭТаза, как выяснили ученые, по структуре похожа на белок кутиназу. Кутин — особое вещество, выделяемое верхним слоем растительного листа. Оно состоит из жирных кислот и их эфиров, уменьшает испарение воды. Кутиназа расщепляет это природное вещество, но не полимеры.

 

Активный центр ПЭТазы более доступен, может удерживать и полимерные молекулы. Находка бактерий возле завода указала на вероятную эволюцию микроорганизмов, которые стали вырабатывать энзимы, расщепляющие ПЭТ. Гипотеза нуждалась в проверке, и ученые изменили бактерии так, что в вырабатывающейся ПЭТазе активный центр получался по образцу кутиназы. Исследователи считали, что активность переработки полиэтилентерефталата снизится, так как полимерные молекулы «не влезут» в активный центр. Результат оказался неожиданным: энзим стал активнее природного аналога на 20 процентов и смог переработать полиэтилен-фурандикарбоксилат (PEF) — этот пластик может заменить ПЭТ в практическом применении.

 

Взаимодействие фермента с ПЭТ, снимок электронного микроскопа / © D.Schroeder, NREL

 

Джон МакГихан доволен результатом: «Технологически процесс получения фермента почти такой же, как при получении белков биологических детергентов (профессиональные чистящие средства — NS. — Прим. ред.) и производстве биотоплива. Технология существует, и есть большая вероятность, что в последующие годы мы увидим промышленную переработку ПЭТ и, возможно, других веществ».

 

Промышленное производство различных пластмасс накопило более восьми миллиардов тонн отходов в мире, 80 процентов из которых выбрасывают без переработки.

 

Полиэтилентерефталат — не первый полимерный пластик, который переработают при помощи биотехнологий. Некогда считали, что бактерии не разлагают и не перерабатывают полиэтилен, поскольку он отсутствует в природе. Сейчас ученым известны бактерии Nocardia asteroides и грибки Penicillium simplicissimum, перерабатывающие полиэтилен, и даже более сложные организмы: личинки восковой и индийской моли успешно утилизируют его. А мучные черви могут переваривать полистирол.

 

Люди в XIX веке думали, что в XX-м главной проблемой городов будет уборка лошадиного навоза с улиц. Экологи в конце прошлого столетия считали проблему биологической утилизации пластика неразрешимой. Все они, к счастью, ошибались.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
9 часов назад
5 минут
Мария Кривоченко

Попав в пасть лягушки, жуки обычно погибают. Хотя земноводные не могут перемолоть их зубами, как это делают млекопитающие, желудочный сок разъедает большинство насекомых. Однако водолюбы смогли выжить и выбраться наружу через кишечник без повреждений.

11 часов назад
5 минут
Мария Кривоченко

Группа археологов обнаружила шкатулку с артефактами на дне озера Титикака. В ней оказались фигурки из раковины моллюска и золота, которые инки считали очень ценными. Ученые полагают, что находка — часть жертвоприношения богам воды или плодородия.

8 часов назад
9 минут
Мария Азарова

Ученые из Колумбийского университета провели эксперимент, по итогу которого установили, что абстрактное и репрезентативное искусство по-разному влияют на познание.

Позавчера, 09:31
5 минут
Сергей Васильев

Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.

2 августа
2 минуты
Илья Ведмеденко

Сегодня, в 20:00 (мск), должен состояться 150-метровый «прыжок» демонстратора технологий космического корабля Starship. Трансляцию вы сможете посмотреть на нашем сайте.

2 августа
35 минут
Александр Березин

На планете разворачивается новая лунная гонка. Российская космическая отрасль пытается обозначить участие в ней, патентуя многопусковой полет к спутнику Земли. Очевидно, что это лишь суррогат сверхтяжелых ракет, которых мы пока не строим. США, напротив, активно разрабатывают сразу два сверхтяжа – но и там не все гладко. Их лунная программа может испытать сильнейший удар в ближайший год. Скептики считают, что усилия всех участников гонки бесполезны. Мол, пилотируемые полеты к другим небесным телам не нужны, ибо дороги. Автоматы смогут все сделать намного дешевле. На деле лунная программа, как мы покажем ниже, не дороже полетов к МКС. Да и автоматы не дадут нам ничего подобного результатам пилотируемой лунной экспедиции. Попробуем разобраться почему.

6 июля
5 минут
Мария Азарова

Ученые, работающие с крупнейшим в мире радиотелескопом, сообщили об обнаружении эмиссии нейтрального водорода, исходящей от объектов за пределами нашей Галактики.

22 июля
66 минут
Александр Березин

С 2064 года численность людей начнет сокращаться — и этот процесс может быть необратим. Один из авторов соответствующей научной работы прямо указывает: если ничего не изменится, через несколько веков человечество вымрет. Однако есть вещи и похуже вымирания. Куда вероятнее иной сценарий: мир будет заселен теми, кто сможет размножаться в новых культурных условиях. К сожалению, значительная часть современных европейцев, американцев и, возможно, других народов будут вытеснены с первых страниц истории. Вдобавок те, кто победят в этой непростой борьбе, нам, сегодняшнему населению Земли, могут сильно не понравиться. Попробуем разобраться почему.

10 июля
7 минут
Мария Кривоченко

Биологи выяснили, какое воздействие оказывают радиоволны на эмбрионы рыб. Оказалось, они существенно не влияют на уровень смертности, морфологию и реакцию на свет, но немного подавляют сенсомоторные функции. Как это скажется на взрослых особях, еще предстоит выяснить.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

ulogin_vkontakte_54635398
19.04.2018
-
0
+
"Экологи в конце прошлого столетия считали проблему биологической утилизации пластика неразрешимой. Все они, к счастью, ошибались." Не помню как называлась фантастика, но там как раз описывался пластико-армагеддон. Когда бактерии сожрали его весь на планете. Везде и всюду. Бактерии в бочке не удержать. А наличие огромного количества еды(в данном случае, - пластик), предполагает взрывной рост популяции бактерий, прорыв в новую кормовую базу. P.S. Неплохо было бы в начале статей ставить дату написания. ;)
    ulogin_vkontakte_69857544
    22.04.2018
    -
    0
    +
    Я тоже сразу его вспомнил=) " Мутант-59" называется.
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: