Новый фермент может сыграть ключевую роль в разложении пластиков бактериями

Исследователи из Лейдена обнаружили фермент, который помогает бактериям питаться обычными пластиками. Этот распространённый фермент может сыграть решающую роль в будущих исследованиях и, в конечном итоге, в решении глобального пластикового кризиса. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Около 10 лет назад учёные обнаружили бактерии, способные разлагать пластики. Это было важным открытием, поскольку до этого считалось, что пластик практически неразрушим в естественной среде и может сохраняться в природе миллионы лет. Хотя бактерии работали довольно медленно и неэффективно, это открытие стало отправной точкой для исследований по ускорению естественного процесса.

Одни учёные сосредоточены на разложении пластика ПЭТ (PET) на его основные компоненты с помощью бактерий. Другие изучают следующий этап — превращение этих компонентов ПЭТ в продукты, которые можно использовать для производства новых материалов, также с помощью бактерий.

Именно на этом этапе сосредоточилась работа микробиолога Института биологии Лейдена (IBL) Леннарта Шады фон Боржисковски. Его команда исследовала, как бактерия Paracoccus denitrificans может использовать для роста этиленгликоль — один из компонентов, получаемых из пластика ПЭТ. Учёные уделили особое внимание роли ферментов (белков, ускоряющих химические реакции в живых организмах) в этом процессе.

Процесс похож на то, как наш организм перерабатывает алкоголь

Механизм можно понять по аналогии с этанолом (спиртом в пиве и вине). Организм идентифицирует этанол как токсин и с помощью ферментов и их кофакторов («молекул-помощников») превращает его в менее вредные вещества.

Подобным образом бактерии могут «потреблять» этиленгликоль, используя ферменты и их кофакторы. Исследователи добавили бактерию в среду с этиленгликолем и наблюдали, что «бактерии довольно хорошо росли».

Ключевым открытием стало то, что Paracoccus denitrificans использует для этого ферменты с очень распространённым кофактором. «Ранее изучались другие ферменты, но они работали только с довольно редким кофактором», — поясняет исследователь. Широко доступный кофактор значительно облегчает весь процесс.

Превращение пластиков в любые необходимые молекулы

Это открытие открывает возможности для будущих исследований. По словам Шады фон Боржисковски, этот фермент, вероятно, присутствует и во многих других бактериях. «Это позволяет нам переоценить все существующие бактерии», — говорит он. Хотя Paracoccus denitrificans оказалась полезной в этом исследовании, другие бактерии могут быть гораздо эффективнее в преобразовании этиленгликоля.

Учёный называет открытие «чертежом или трамплином» для будущей работы. «Теоретически из компонента пластика, такого как этиленгликоль, можно произвести любую молекулу, какую захотите, если вы сможете генетически модифицировать бактерии для этого». Он подчёркивает, что его исследование изучало только то, что бактерии делают «естественным путём», но теоретические возможности безграничны.

Например, исследователи в Шотландии недавно смогли превратить компоненты ПЭТ в парацетамол с помощью генетически модифицированной обычной бактерии. Это показывает, что будущее применение данной техники многообещающе, особенно в свете растущей проблемы пластикового загрязнения и глобального стремления к циркулярной экономике.