Вчені синтезували вдосконалені гідролази - ферменти, які розщеплюють до 90% поліетилентерефталату (ПЕТ) на мономери за 10 годин. Отриманий пластик за властивостями не поступається тому, що був отриманий з нафтопродуктів, і може використовуватися знову для виготовлення пляшок та текстилю, що дозволить досягти замкнутого виробничого циклу.
Щороку у світі виробляється близько 350 мільйонів тонн пластику, і близько 200 мільйонів тонн практично відразу ж стають твердими побутовими відходами, тому що використовуються протягом короткого проміжку часу і не піддаються перероблюванню. Одна п'ята світового пластикового мусору доводиться на поліетилентерефталат - цей матеріал використовують для виготовлення текстилю та тари, переважно пластикових пляшок для води та газованих напоїв.
ПЕТ є складним поліефіром і погано піддається гідролізу з-за високого вмісту ароматичних фрагментів терефталату. Найбільш поширений спосіб його перероблювання - термомеханічний. На жаль, він призводить до втрати механічних властивостей, і якість матеріалу після перероблення виходить набагато нижче, ніж у первинного. Вчені вже описували ПЕТ-гідролази - ензими, які здатні деполімеризувати ПЕТ і переробити його в нову сировину хорошої якості, однак, всі вони демонстрували низьку продуктивність та були нерентабельними.
Французькі вчені на чолі з Валері Турньє з Тулузького університету почали пошуки вдосконаленої ПET-гідролази. На цей час вони завершили перший етап проєкту та домоглися ефективного перероблювання терефталевої кислоти, на яку припадає основна маса ПЕТ - 863 кілограми в одній тонні ПЕТ відходів.
В ході дослідження вони обробляли комерційний аморфний ПЕТ різними ферментами: гідролазами BTA1 та BTA2 ґрунтової бактерії Thermobifida fusca, кутиназою патогенного гриба Fusarium solani pisi, ПЕТ-азою грамнегативної бактерії Ideonella sakaiensis та кутиназою LCC, отриманої з листового компосту. Вони виявили, що LCC в 33 рази ефективніше інших ферментів і демонструє найвищу термостабільність.
Далі вчені спробували додатково поліпшити ферментативну активність та термостабільність LCC за допомогою білкової інженерії - хімічну активність поліпшив цільовий мутагенез ключових амінокислотних залишків, а термостабільність вдалося підвищити шляхом додавання дисульфідного містка.
У підсумку фахівці зупинилися на версії ПЕТ-гідролази, яка розщеплює 99,8% терефталевої кислоти на мономери (а це становить 90% ПЕТ відходів) за 10 годин. При цьому вартість ферменту, необхідного для перероблювання однієї тонни, становить всього лише 4% від ціни тонни первинного ПЕТ. З переробленої сировини вже були виготовлені пластикові пляшки для напоїв, і за властивостями вони не поступалися оригінальним.
Розробка опублікована в журналі Nature.
