Forskerhold udvikler en bioteknologisk proces til at nedbryde plast

Manglen på viden om de molekylære mekanismer, der gør biokatalyse mulig, er en hindring for at udvikle bioteknologiske processer, der muliggør genanvendelse af plast. Et forskningsprojekt ledet af et hold fra Universitat Jaume I har gjort det muligt at nedbryde udbredt PET-plast gennem et naturligt enzym, CALB, ved at modificere mediets pH. Dette åbner op for en ny måde at genbruge PET, som for eksempel findes i beholdere, flasker eller tekstiler af enhver art, og genererer harmløse forbindelser, der er nyttige i efterfølgende synteseprocesser.

Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications af et datateknisk biokemihold fra Institute of Advanced Materials (INAM) i UJI ledet af Vicent Moliner og Katarzyna Świderek, i samarbejde med en gruppe fra Center for Cooperative Research in Biomaterials (CIC biomaGUNE) i Baskerlandet, ledet af Fernando López Gallego, og en anden fra universitetet i Baskerlandet, ledet af Haritz Sardon. Disse to sidste grupper udførte den eksperimentelle del af projektet.

Moliner forklarer:"Da syntetiske polymerer ikke eksisterede historisk, har evolutionen ikke haft tid til at udvikle enzymer, der er i stand til at nedbryde disse materialer." Plast har meget interessante egenskaber, hvilket fører til deres omfattende brug i forskellige applikationer. Men det er netop en af ​​disse egenskaber (deres holdbarhed), der giver anledning til problemet med at genbruge dem.

"Forskere spekulerer på, hvordan man kan genbruge dem effektivt og uden at skabe miljøproblemer. I den forbindelse er et af målene for vores gruppe på INAM at designe enzymer, der kan nedbryde plast. Som beregningskemikere lavede vi forudsigelserne baseret på teoretiske simuleringer og vores kolleger fra Baskerlandet udførte den eksperimentelle demonstration," siger Moliner.

Undersøgelsen var baseret på et naturligt enzym (CALB), som ifølge Moliner "i modsætning til de fleste enzymer er i stand til at katalysere mere end én reaktion; det er meget promiskuøst. Det var sådan vi opdagede, at vi ikke kun kan bruge dette enzym til at nedbryde PET, men ved at modificere mediets pH varierede strukturen af ​​enzymet, og vi var i stand til at nå to typer produkter, som er svære at opnå ved traditionelle syntesemetoder, og som er nyttige til at opnå andre."

INAM-forskeren understreger, at på denne måde "har vi opdaget en meget simpel mekanisme, der gør det muligt for os at nedbryde en syntetisk polymer i vandig opløsning og ved lav temperatur, ud over at kontrollere slutprodukterne af reaktionen ved blot at modulere pH."

Det næste trin, indikerer Moliner, er "at fortsætte med at dykke dybere ned i undersøgelsen for at forbedre reaktionshastigheden ved at redesigne enzymet." En anden linje, de i øjeblikket udforsker, er at gøre fremskridt i nedbrydningen af ​​anden plast, såsom polyurethaner, en anden type syntetisk polymer, der er meget udbredt i dag – et punkt, som INAM Computational Biochemistry-gruppen arbejder på med andre forskningsgrupper i Sverige og Danmark.

Flere oplysninger: Katarzyna Świderek et al., Mekanistiske undersøgelser af en lipase-afsløringseffekt af pH på hydrolyseprodukter af små PET-moduler, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-39201-1

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Asociacion RUVID