Случайно созданный мутантный фермент расщепляет пластик лучше, чем природный. Биологи изучали кристаллическую структуру недавно открытого фермента, который расщепляет полиэтилентерефталат (ПЭТФ), и для проверки одной из гипотез внесли мутации в активный центр белка, которые должны были “выключить” его активность, однако вместо этого фермент стал работать на 20% эффективнее природного аналога.
Сейчас пластик стал одним из основных загрязнителей окружающей среды. По оценкам исследователей, за 60 лет, с того момента, как начало развиваться промышленное производство пластика, в мире произвели более 8,3 млрд. т разных его видов. Около 80% пластиковых отходов выбрасывается.
Полиэтилентерефталат – одна из самых распространенных разновидностей пластика, из него изготавливают емкости для напитков и искусственное волокно. Поэтому исследователи ищут способы утилизации ПЭТФ без ущерба для окружающей среды. В 2016 г. японские микробиологи, исследуя почву вблизи завода по производству ПЭТФ, нашли бактерию Ideonella sakaiensis, которая его гидролизует. С помощью специальных ферментов микроорганизм расщепляет ПЭТФ на малотоксичные терефталевую кислоту и этиленгликоль. За шесть недель бактерии оказались способны переработать полимерную пленку толщиной 0,2 мм.
Один из ферментов I.sakaiensis – ПЭТаза – “запускает” процесс деградации ПЭТФ и расщепляет полимер на мономерные звенья. В новой работе биологи под руководством профессора Джона Макгихана из Плимутского университета и доктора Грега Бекхема из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США исследовали кристаллическую структуру ПЭТазы, чтобы понять, как она работает. Ученые построили трехмерную модель фермента и смогли увидеть, как работает его активный центр, удерживая и расщепляя молекулу полимера.
Исследователи выяснили, что по структуре белок похож на свой природный аналог, кутиназу. Этот фермент способен гидролизовать природный воск кутин, который защищает листья и плоды растений от чрезмерного испарения воды, но не может расщеплять разветвленные искусственные полимеры. В отличие от кутиназы у ПЭТазы более открытый активный центр, который может удерживать такие молекулы. Поэтому биологи предположили, что микроорганизм эволюционировал в почвах, содержащих ПЭТФ, и обзавелся ферментами, гидролизующими полимер. Чтобы проверить эту гипотезу, ученые создали мутантную ПЭТазу с активным центром, похожим на активный центр кутиназы.
Однако мутантный фермент стал гидролизовать пластик на 20% активнее природной ПЭТазы. Более того, он оказался способен перерабатывать полиэтилен фурандикарбоксилат – полимер, получаемый из целлюлозы. “Технологически процесс получения фермента почти такой же, как получение белков, которые используются в биодетергентах и при производстве биотоплива. Технология существует и есть большая вероятность, что в последующие годы мы увидим индустриальный процесс расщепления ПЭТФ и, возможно, других веществ на первоначальные “строительные блоки”, которые можно будет постоянно перерабатывать”, – говорит Джон Макгихан.
Пластик стал поистине вездесущ – микрочастицы пластика находят в водопроводной воде по всему миру, а пластиковые отходы добрались до отдаленных необитаемых островов. Тем полезнее становятся животные, способные перерабатывать эту массу до нетоксичных веществ. Так, исследователи выяснили, что личинки хрущака могут есть пластик, в том числе пенополистирол, а личинки восковой моли быстро поедают полиэтилен и выделяют этиленгликоль. (nanonewsnet/Химия Украины и мира)