Plastikspisende enzymcocktail indvarsler nyt håb for plastikaffald

Forskerne, der omkonstruerede det plastikspisende enzym PETase, har nu skabt et enzym 'cocktail', som kan fordøje plastik op til seks gange hurtigere.

Et andet enzym, fundet i den samme affaldsboligbakterie, der lever af en kost af plastikflasker, er blevet kombineret med PETase for at fremskynde nedbrydningen af ​​plastik.

PETase nedbryder polyethylenterephthalat (PET) tilbage til dets byggesten, skabe en mulighed for at genbruge plast i det uendelige og reducere plastikforureningen og de drivhusgasser, der driver klimaændringerne.

PET er den mest almindelige termoplast, bruges til at fremstille engangsdrikflasker, tøj og tæpper, og det tager hundreder af år at nedbryde i miljøet, men PETase kan forkorte denne tid til dage.

Den første opdagelse satte udsigten til en revolution inden for plastgenbrug, skabe en potentiel lavenergiløsning til at håndtere plastaffald. Holdet konstruerede det naturlige PETase-enzym i laboratoriet til at være omkring 20 procent hurtigere til at nedbryde PET.

Nu, det samme transatlantiske team har kombineret PETase og dets 'partner', et andet enzym kaldet MHETase, at generere meget større forbedringer:simpelthen at blande PETase med MHETase fordoblede hastigheden af ​​PET-nedbrydning, og konstruere en forbindelse mellem de to enzymer for at skabe et 'superenzym', øget denne aktivitet med yderligere tre gange.

Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences .

Holdet blev ledet af de videnskabsmænd, der konstruerede PETase, Professor John McGeehan, Direktør for Center for Enzyme Innovation (CEI) ved University of Portsmouth, og Dr. Gregg Beckham, Seniorforsker ved National Renewable Energy Laboratory (NREL) i USA.

Professor McGeehan sagde:"Gregg og jeg snakkede om, hvordan PETase angriber overfladen af ​​plastik og MHETase skærer tingene yderligere op, så det virkede naturligt at se, om vi kunne bruge dem sammen, efterligne, hvad der sker i naturen.

"Vores første eksperimenter viste, at de faktisk fungerede bedre sammen, så vi besluttede at prøve at forbinde dem fysisk, som to Pac-mænd forbundet af et stykke snor.

"Det krævede meget arbejde på begge sider af Atlanten, men det var besværet værd – vi var glade for at se, at vores nye kimære enzym er op til tre gange hurtigere end de naturligt udviklede separate enzymer, åbner nye muligheder for yderligere forbedringer."

Den oprindelige PETase-enzymopdagelse indvarslede det første håb om, at en løsning på det globale plastikforureningsproblem kunne være inden for rækkevidde, selvom PETase i sig selv endnu ikke er hurtig nok til at gøre processen kommercielt levedygtig til at håndtere tonsvis af kasserede PET-flasker, der ligger på jorden.

Ved at kombinere det med et andet enzym, og finde sammen, at de arbejder endnu hurtigere, betyder, at der er taget endnu et spring fremad mod at finde en løsning på plastaffald.

PETase og den nye kombinerede MHETase-PETase virker begge ved at fordøje PET-plastik, returnere den til dens oprindelige byggesten. Dette gør det muligt at fremstille og genbruge plast i det uendelige, reducere vores afhængighed af fossile ressourcer såsom olie og gas.

Professor McGeehan brugte Diamond Light Source, i Oxfordshire, en synkrotron, der bruger intense røntgenstråler 10 milliarder gange lysere end Solen til at fungere som et mikroskop, der er kraftigt nok til at se individuelle atomer. Dette gjorde det muligt for holdet at løse 3D-strukturen af ​​MHETase-enzymet, giver dem de molekylære tegninger til at begynde at konstruere et hurtigere enzymsystem.

Den nye forskning kombinerede strukturelle, beregningsmæssig, biokemiske og bioinformatiske tilgange til at afsløre molekylær indsigt i dens struktur og hvordan den fungerer. Undersøgelsen var en enorm teamindsats, der involverede forskere på alle niveauer af deres karriere.

En af de mest yngre forfattere, Rosie Graham, en fælles Portsmouth CEI-NREL Ph.D. studerende sagde:"Min yndlingsdel af forskningen er, hvordan ideerne starter, om det er over kaffen, på en togpendling eller når man passerer på universitetets korridorer kan det virkelig være når som helst.

"Det er en rigtig god mulighed for at lære og vokse som en del af dette samarbejde mellem Storbritannien og USA og endnu mere at bidrage med endnu en del af historien om at bruge enzymer til at tackle nogle af vores mest forurenende plastik."

Center for Enzym Innovation tager enzymer fra det naturlige miljø og, ved hjælp af syntetisk biologi, tilpasser dem til at skabe nye enzymer til industrien.