Konstrueret protein inspireret af naturen kan hjælpe med plastikpest

Billig at producere og lang at nedbryde, plastik var engang et fremstillingsmirakel. Nu, plast er en miljøpest, tilstopning af lossepladser og kvælende vandveje. Et japansk forskerhold har vendt sig tilbage til naturen for at udvikle en tilgang til nedværdigelse af det genstridige stof. Ligesom hvordan et protein binder sig til cellulose i planter eller til kitin i krebsdyr for at starte nedbrydning, et konstrueret protein er på vej til at binde sig til plastikpartikler i et forsøg på at nedbryde dem mere effektivt.

De offentliggjorde deres resultater den 29. juni i ACS katalyse .

"Polyethylenterephthalat (PET) fremstilles og bruges i store mængder i det moderne samfund på grund af dets lave omkostninger og lette behandling, " sagde papirforfatteren Ryota Iino, professor ved Institut for Molekylær Videnskab (IMS) i National Institutes of Natural Sciences (NINS). "Imidlertid, i de seneste år, fra perspektivet om at realisere et bæredygtigt samfund, fuldstændig genanvendelse af PET i industrien og fjernelse af PET fra det naturlige miljø er blevet globale spørgsmål. For at løse disse problemer, det er meget vigtigt at forstå, hvordan man nedbryder PET effektivt."

Forskerne undersøgte og konstruerede et enzym klonet fra et bibliotek af genetiske materialer indsamlet fra naturen. Dette enzym - kaldet PET2 - viste sig at lette nedbrydningen af ​​PET ved at accelerere reaktionen mellem PETs kemiske komponenter og vand.

Ved hjælp af enkelt-molekyle billeddannelsesanalyse, holdet fandt ud af, at den måde, enzymet binder til overfladen af ​​PET, faktisk begrænsede nedbrydningshastigheden.

"Vi afslørede også, at ved at indføre positive ladninger på overfladen af ​​PET-nedbrydende enzym, bindingshastigheden til PET -overfladen kan øges, "Sagde Iino.

De positive ladninger reagerer positivt på PET-overfladen, så mere af enzymet kan binde og mere effektivt nedbryde PET. Forskerne fandt også ud af, at mens konstrueret PET2 viste høj termisk stabilitet og højeste aktivitet ved 68 grader Celsius - lidt lavere end de fleste køkkenovne kan bruges - kan det være mere effektivt ved højere temperaturer, hvor PET's molekylære bindinger bliver mere fleksible og brydes.

"Vores ultimative mål er at skabe en bakterie, der kan fornemme PET i miljøet, bevæge sig mod det, og forringe det, "Sagde Iino. En sådan bakterie ville så kunne gøre det nedbrudte PET til energi nyttig til andre organismer, fungerer effektivt som et automatiseret genbrugscenter for plastik. "I naturen, kitin og cellulose genbruges på denne måde. "

Iino er også tilknyttet School of Physical Sciences på The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI). Andre bidragydere inkluderer Akihiko Nakamura, Institut for Anvendt Biovidenskab, Landbrugsfakultetet, Shizuoka Universitet, og Shizuoka Institute for Study of Marine Biology and Chemistry; og Naoya Kobayashi og Nobuyasu Koga, Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS), NINS. Koga er også tilknyttet IMS, NINS, og SOKENDAI.

Det førende initiativ for fremragende unge forskere, Undervisningsministeriet, Kultur, Sport, Videnskab, og Japans teknologi, Sumitomo Fonden, og ExCELLS Special Collaboration Program understøttede denne forskning.