Бързодействащ ензим разгражда пластмасите само за 24 часа

Идеята за използване на ензими за разграждане на пластмасовите отпадъци набира скорост през последните години, а ново проучване бележи още една стъпка напред: учени са използвали машинно самообучение, за да проектират ензим, който разгражда някои форми на пластмасата само за 24 часа. Стабилността на процеса го прави подходящ за широкомащабно внедряване.

Учените изследват потенциала на ензимите за подпомагане на рециклирането на пластмаси повече от десетилетие. Едва в последните шест години се наблюдава значителен напредък. През 2016 г. изследователи в Япония откриха бактерия, която използва ензими за разграждане на PET пластмаси за няколко седмици. По-нова версия на тези ензими, наречена PETase, подобри още повече производителността и през 2020 г. видяхме, че учените разработват още по-мощна версия, която усвоява PET пластмасите с шест пъти по-висока скорост.

Екип от Тексаския университет се зае да се справи с някои от недостатъците на тези ензими досега. Според учените, прилагането на технологията бива спъвано от невъзможността ензимът да функционира добре при ниски температури и различни диапазони на киселинността, както и бавната скорост на действие. За да разреши тези проблеми, екипът е разработил модел за машинно самообучение, който може да предскаже кои мутации в ензима PETase ще му предоставят възможности да преодолее недостатъците на досегашните процеси. Проучени са редица PET пластмасови продукти, включително кутии за храна, бутилки за вода и синтентични тъкани. След това моделът е използван за проектиране на нов ензим, наречен FAST-PETase (функционална, активна, стабилна и толерантна PETase).

Този новосъздаден ензим се оказва по-добър при разграждането на PET пластмаси при температури между 30 и 50°C и при различни нива на pH. Успява да разгради почти изцяло 51 различни необработени PET продукта в рамките на седмица. В някои експерименти разгражда пластмасите само за 24 часа.

„Когато обмисляте приложения за прочистване на околната среда, имате нужда от ензим, който може да работи в околната среда при температурата на самата околна среда,“ каза авторът на изследването Хал Алпър. „Това изискване е именно показателят,заради който нашата технология има огромно предимство в бъдеще.“

Предвид способността на ензима за бързо разграждане на пластмасови отпадъци след консумация при ниски температури, изследователите вярват, че са се насочили към техника, която е преносима, достъпна и може да бъде възприета в индустриален мащаб. Те са подали заявка за патент за технологията и се надяват да я използват за третиране на сметища и замърсени райони.

„Във всички индустрии има безкрайни възможности за използване на този авангарден процес на рециклиране“, каза Алпер. „Освен индустрията за управление на отпадъците, това средство предоставя на корпорации от всеки друг сектор възможност компаниите да поемат водеща роля в рециклирането на своите продукти. Чрез тези по-устойчиви ензимни подходи можем да започнем да реализираме истинска кръгова икономика на пластмасите.“

Изследването е публикувано в списание Nature.