数十亿吨的垃圾可以被Plastic-Eating酶

酶变异由工程师和科学家在德克萨斯大学奥斯汀分校可以分解environment-throttling降解塑料,通常需要几百年。在短短几个小时到几天。

发表在《自然》杂志上,这一发现可能帮助解决世界上最紧迫的环境问题之一:如何处理数十亿吨塑料垃圾堆积的垃圾填埋场和污染我们的自然土地和水。酶有可能超负荷大规模回收,使主要产业,以减少自身对环境的影响,恢复和重用塑料在分子水平上。

“可能性是无限的各行业利用这个前沿回收过程,”哈尔高山说,教授McKetta奥斯汀德州大学化学工程系。“超越显而易见的废物管理行业,这也提供了公司从每个部门有机会率先回收他们的产品。通过这些更可持续的酶的方法,我们可以想象一个真正的圆形塑料经济。”

项目集中在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),一个重要的聚合物中发现大多数消费者包装,包括饼干容器、饮料瓶、水果和沙拉的包装,和某些纤维和纺织品。它占12%的全球浪费。

这种酶能够完成一个“循环过程”的塑料分解成更小的部分(解聚作用),然后把它重新组合化学(repolymerization)。在某些情况下,这些塑料可以完全分解为单体在24小时。

Cockrell工程学院和大学的研究人员自然科学使用机器学习模型生成小说自然突变酶称为PETase允许细菌降解PET塑料。这些酶的模型预测变异将会迅速完成的目标解聚塑料在低温下消费后的浪费。

通过这个过程,包括学习51个不同消费后的塑料容器,五个不同的聚酯纤维和面料和水瓶都由宠物,研究人员证明的有效性酶,它们调用FAST-PETase(功能、积极、稳定、宽容PETase)。

“这项工作真正展示了不同学科结合的力量,从合成生物学、化学工程到人工智能,”安德鲁·艾灵顿说中心系统和合成生物学的教授领导的小组开发的机器学习模型。

回收的最明显的方法是减少塑料垃圾。但在全球范围内,低于10%的塑料回收。最常见的方法处理的塑料,除了扔垃圾填埋场,烧掉它,这是昂贵的,能源密集型和喷出有害气体到空气中。其他工业过程包括糖酵解的能源密集型过程、热解和/或甲醇分解。

生物解决方案需要更少的能量。研究酶对塑料回收先进在过去15年。然而,直到现在,还没有人能够弄清楚如何使酶在低温下可以操作有效地让他们携带和负担得起的大型工业规模。FAST-PETase可以执行过程在不到50摄氏度。

接下来,该小组计划扩大工业酶生产准备工作和环境的应用程序。研究人员提出专利申请的技术和为不同的用途。清理垃圾填埋场和绿化高waste-producing产业是最明显的。但另一个重要潜在环境修复使用。团队正在考虑多种方式得到酶出现场清理污染的网站。

“在考虑环境清理应用程序,您需要一种酶,这种酶可以在环境温度的环境中工作。这个要求就是我们技术有一个巨大的优势在未来,”高山说。

参考:卢H,迪亚兹DJ, Czarnecki新泽西,et al。机器learning-aided工程PET解聚作用的水解酶。自然。2022,604 (7907):662 - 667。doi:10.1038 / s41586 - 022 - 04599 - z

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