Охота за ферментами в дикой природе
Ученые из Центра междисциплинарных нанотехнологий Орхусского университета в Дании Андреас Меллебьерг и Мальте Кьер Бендтсен начали поиски микроорганизмов, способных разрушать пластик, сообщает издание Earth.com. Они решили искать биокатализаторы в теплых условиях, где пластик лежит годами, вместо традиционного анализа баз данных.
В рамках исследования Меллебьерг отправился в Кению, где собирал образцы на огромной свалке. Исследователи также взяли образцы из тропического зоопарка Randers Regnskov, расположенного в 34 километрах от университета, проверили кишечник личинок восковой моли и набрали лопату компоста на станции переработки в 10 километрах от кампуса.
Для быстрого поиска нужных микробов команда применила методологию биопроспектинга. Исследователи смешали бактерии с молекулами, имитирующими химические связи внутри полиуретана и нейлона. Этот материал начинает светиться при контакте с необходимым ферментом. Специальный клеточный сортировщик проверял до 10 000 бактерий в секунду, отбирая только те, которые излучали свет.
Ученые обнаружили 29 бактерий и изолировали 12 активных ферментов: 10 для полиуретана и два для нейлона. Лучшие результаты показал фермент CCPUR1, который вырабатывает бактерия Chelatococcus composti из компостной кучи в Орхусе. Этот фермент обладает широким связывающим центром для больших молекул пластика и выдерживает температуру до 80 градусов по Цельсию.
Первые результаты и перспективы технологии
В первых экспериментах CCPUR1 расщепил чуть менее 1% измельченной матрасной пены за три дня. Впоследствии датские ученые совместно со специалистами из Университета Порту модифицировали ДНК фермента с помощью компьютерного моделирования. Улучшенная версия расщепила около 1,4% полиуретана из подошвы обуви за три дня без какой-либо предварительной обработки пластика.
Исследование подчеркивает силу ферментов. Их истинное преимущество в переработке заключается в том, что они работают в мягких условиях, то есть при более низких температурах и давлении, чем те, которые используются в большинстве современных технологий переработки,
– говорит Рози Грэм, исследовательница Орхусского университета.
Исследователи планируют использовать смесь различных ферментов. Например, фермент PYNYL1 из другого компоста показал лучшие результаты в расщеплении нейлона. Сочетание таких ферментов с предварительной механической или химической обработкой может создать полноценную технологию для промышленной переработки сложного пластика.