Учёные создали искусственный белок, способный разлагать микропластик в бутылках

Ежегодно в мире производится около 400 млн тонн пластика, и этот объём растёт примерно на 4% в год. Один из самых распространённых пластиков — ПЭТ (полиэтилентерефталат), который используется в упаковке и бутылках для напитков. Со временем он распадается на всё более мелкие частицы — микропластик и нанопластик, что усугубляет экологические проблемы. На ПЭТ приходится более 10% мирового производства пластика, а его переработка ограничена и неэффективна.

Учёные из Барселонского суперкомпьютерного центра (BSC-CNS) совместно с группами из Института катализа и нефтехимии CSIC (ICP-CSIC) и Мадридского университета Комплутенсе (UCM) разработали искусственные белки, способные разлагать микропластик и нанопластик ПЭТ до исходных компонентов, что позволяет их утилизировать или перерабатывать.

Принцип работы: добавление "рук-ножниц" к природному белку

За основу был взят защитный белок актинии Actinia fragacea (земляничной анемоны), который в природе функционирует как "клеточное сверло", открывая поры. С помощью машинного обучения и суперкомпьютера MareNostrum 4 учёные спроектировали и добавили к этому белку новую функцию.

  • Метод: К структуре белка добавили всего три аминокислоты, которые функционируют как "ножницы", способные разрезать частицы ПЭТ. Вычислительные методы позволили предсказать, где частицы будут присоединяться и куда необходимо поместить новые аминокислоты.
  • Сходство: Полученная геометрия активного центра похожа на фермент PETase из бактерии Idionella sakaiensis, обнаруженной в 2016 году и способной разлагать ПЭТ.

Ключевые преимущества новой разработки

  1. Высокая эффективность: Новый белок разлагает микропластик и нанопластик ПЭТ в 5–10 раз эффективнее, чем коммерчески доступные PETase.
  2. Работа при комнатной температуре: Другие подходы требуют нагрева пластика до температур выше 70 °C, что приводит к высоким выбросам CO2 и ограничивает применимость.
  3. Структура для фильтрации: Белок имеет пороподобную структуру, которая пропускает воду и позволяет закреплять его на мембранах, аналогичных используемым на опреснительных установках. Это открывает путь к созданию фильтров для очистных сооружений.
  4. Двойное назначение: Были созданы две варианта белка, которые дают разные продукты разложения:
    • Для очистки: Один вариант более тщательно разлагает частицы ПЭТ, что можно использовать на станциях очистки сточных вод.
    • Для рециклинга: Другой вариант даёт на выходе исходные компоненты, пригодные для переработки пластика.

Перспективы

Текущая разработка уже может найти применение. Гибкость белка позволяет рассматривать его как "многофункциональный инструмент", к которому можно добавлять новые элементы. Учёные видят цель в объединении потенциала природных белков, машинного обучения и суперкомпьютеров для создания решений, позволяющих достичь среды, свободной от пластикового загрязнения.

2023-10-23