Udvikling af enzymer til at hjælpe med at løse planetens plastikproblem

Forskere fra Manchester Institute of Biotechnology (MIB) har udviklet en ny enzymteknologisk platform til at forbedre plastnedbrydende enzymer gennem rettet evolution.

For at illustrere nytten af ​​deres platform har de udviklet et enzym, der med succes kan nedbryde poly(ethylen)terephthalat (PET), den plastik, der almindeligvis bruges i plastikflasker.

I de senere år er enzymatisk genanvendelse af plast opstået som en attraktiv og miljøvenlig strategi, der skal hjælpe med at afhjælpe problemerne forbundet med plastaffald. Selvom der findes en række eksisterende metoder til genanvendelse af plast, kan enzymer potentielt tilbyde et mere omkostningseffektivt og energieffektivt alternativ. Derudover kunne de bruges til selektivt at nedbryde specifikke komponenter i blandede plastaffaldsstrømme, som i øjeblikket er vanskelige at genbruge ved hjælp af eksisterende teknologier.

Selvom det er lovende som teknologi, er der betydelige forhindringer, der skal overvindes, for at enzymatisk plastgenbrug kan bruges bredt i kommerciel skala. En udfordring er for eksempel, at naturlige enzymer med evnen til at nedbryde plast typisk er mindre effektive og er ustabile under de betingelser, der er nødvendige for en proces i industriel skala.

For at imødegå disse begrænsninger, i et papir udgivet i dag i Nature Catalysis , har forskere fra University of Manchester rapporteret om en ny enzymteknologisk platform, der hurtigt kan forbedre egenskaberne af plastnedbrydende enzymer for at hjælpe med at gøre dem mere egnede til plastgenanvendelse i stor skala. Deres integrerede og automatiserede platform kan med succes vurdere den plastiske nedbrydningsevne af omkring 1000 enzymvarianter om dagen.

Dr. Elizabeth Bell, som ledede det eksperimentelle arbejde ved MIB, siger, at "akkumulering af plastik i miljøet er en stor global udfordring. Af denne grund var vi ivrige efter at bruge vores enzymudviklingsevner til at forbedre egenskaberne ved plastnedbrydning. enzymer til at hjælpe med at afhjælpe nogle af disse problemer. Vi håber på, at vores skalerbare platform i fremtiden vil give os mulighed for hurtigt at udvikle nye og specifikke enzymer, der er velegnede til brug i storskala plastgenvindingsprocesser."

For at teste deres platform fortsatte de med at udvikle et nyt enzym, HotPETase, gennem den rettede udvikling af IsPETase. IsPETase er et nyligt opdaget enzym produceret af bakterien Ideonella sakaiensis, som kan bruge PET som kulstof- og energikilde.

Mens IsPETase har den naturlige evne til at nedbryde nogle semi-krystallinske former af PET, er enzymet ustabilt ved temperaturer over 40°C, langt under de ønskede procesbetingelser. Denne lave stabilitet betyder, at reaktioner skal udføres ved temperaturer under glasovergangstemperaturen for PET (~65°C), hvilket fører til lave depolymeriseringshastigheder.

For at imødegå denne begrænsning udviklede holdet et termostabilt enzym, HotPETase, som er aktivt ved 70°C, hvilket er over glasovergangstemperaturen for PET. Dette enzym kan depolymerisere semi-krystallinsk PET hurtigere end tidligere rapporterede enzymer og kan selektivt dekonstruere PET-komponenten i et lamineret emballagemateriale, hvilket fremhæver den selektivitet, der kan opnås ved enzymatisk genanvendelse.

Professor Anthony Green, lektor i organisk kemi, siger, at "udviklingen af ​​HotPETase på en flot måde illustrerer mulighederne i vores enzymteknologiske platform. Vi er nu glade for at arbejde sammen med procesingeniører og polymerforskere for at teste vores enzym i virkelige applikationer. Fremad, Vi håber, at vores platform vil vise sig nyttig til at udvikle mere effektive, stabile og selektive enzymer til genbrug af en lang række plastmaterialer."

Udviklingen af ​​robuste plastnedbrydende enzymer såsom HotPETase, sammen med tilgængeligheden af ​​en alsidig enzymteknologisk platform, yder vigtige bidrag til udviklingen af ​​en bioteknologisk løsning på plastaffaldsudfordringen. For at flytte denne lovende teknologi fremad vil det nu kræve en samarbejdende og tværfaglig indsats, der involverer bioteknologer, procesingeniører og polymerforskere fra hele akademiske og industrielle samfund. Med verden over for et stadigt voksende affaldsproblem, kan bioteknologi give en miljømæssigt bæredygtig løsning. + Udforsk yderligere

Ny enzymopdagelse er endnu et spring mod plastikaffald