Фермент бактериального происхождения показал потенциал для биодеградации полиэтилена

Ежегодно в мире производится 400 миллионов тонн пластика, половина из которого — одноразовые изделия, выбрасываемые в течение года. Нерасщепляемый пластик, разлагающийся в природе более 500 лет, в основном отправляется на свалки. При этом образуются микропластики, наносящие вред экосистемам и накапливающиеся в организмах. Проблема усугубляется переполнением свалок по всему миру.

Исследовательская группа доктора Ан Чжун Хо из Центра исследований чистой энергии Корейского института науки и технологий (KIST) разработала технологию биодеградации полиэтилена с использованием ферментов, полученных из микроорганизмов.

Полиэтилен составляет 35% от ежегодно производимого пластика и широко используется, в том числе для упаковки и пакетов. Находясь в почве или океане, он подвергается непрерывному окислению под действием воздуха и солнечного света.

Впервые был успешно идентифицирован фермент, способный расщеплять этот окисленный полиэтилен. Результаты опубликованы в журнале Bioresource Technology.

Исследователи сосредоточились на липазе — ферменте, расщепляющем природный полимер липид, который имеет химическую структуру, сходную с полиэтиленом. Был разработан процесс очистки и производства липазы на основе синтетической биологии, и успешно обнаружена липаза 1 Pelosinus fermentans (PFL1).

При применении этой липазы, полученной из анаэробной бактерии Pelosinus fermentans, к полиэтилену:

• Среднемассовая молекулярная масса снизилась на 44.6%.
• Среднечисленная молекулярная масса снизилась на 11.3%.

Оба показателя свидетельствуют о степени биодеградации. С помощью электронной микроскопии на поверхности полиэтилена были обнаружены разрывы и трещины, подтверждающие процесс биодеградации под действием фермента.

С помощью компьютерного моделирования команда впервые проанализировала взаимодействие PFL1 с полиэтиленом и выяснила механизм биодеградации. Наблюдалось, что фермент PFL1 прочно связывается с поверхностью полиэтилена, а затем расщепляет его на мелкие сегменты.

Эти результаты помогут в улучшении свойств фермента PFL1 и в поиске новых ферментов для биодеградации пластика.

Текущие методы утилизации пластика (сжигание, химическое разложение) приводят к образованию токсичных веществ и требуют дорогих катализаторов.

Фермент PFL1 можно производить в больших масштабах с использованием возобновляемых ресурсов. Процесс не генерирует токсичных веществ, что делает технологию экологически чистой. Спирты и карбоновые кислоты, образующиеся в процессе биодеградации, могут быть использованы для повторного синтеза пластика или производства химических материалов.

Доктор Ан заявил: «Вновь обнаруженный фермент показал возможность биодеградации неразлагаемых пластиковых отходов, с которыми ранее было трудно справиться. Мы стремимся коммерциализировать технологию, чтобы решить проблему переполнения свалок и достичь устойчивой циркулярной экономики для пластиков».