Мутанты переработают пластик в сырье для пластика
Генно-инженерная технология имеет эффективность 90%
Утилизация пластика — не такое благородное дело, как представляется: всего около 30% пластиковых бутылок из-под газировки превращаются в новый пластик, причем обычно хуже качеством. Французские исследователи сообщили, что модифицировали фермент и теперь он может превращать 90% пластиковых отходов в сырье для такого же пластика.
Полиэтилентерефталат (ПЭТ) — один из самых распространенных в мире (и теперь уже и в природе) пластиков, ежегодно его производится около 70 млн тонн. Существует множество центров переработки этого пластика, но технологии переработки весьма несовершенны. Серьезная проблема — цвет: вторсырье окрашено разнообразно в соответствии с маркетинговыми задачами упаковки. При переработке все это разнообразие сплавляется в единый серый или черный цвет, а такое сырье мало кто хочет использовать для новой упаковки: маркетинговые задачи диктуют иные цвета. Поэтому пластик из вторсырья идет на изготовление низкокачественного пластикового волокна, из которого изготавливается дешевая продукция вроде подстилок — и уже их после использования остается только сжечь.
То есть по сути переработки как таковой вовсе не происходит.
Решить эту проблему взялись французские ученые Ален Марти, главный научный сотрудник Carbios, компании—производителя пластмасс, и Изабель Андре, эксперт в области создания ферментов из Университета Тулузы. Они искали микробный фермент, который расщеплял бы ПЭТ и другие пластмассы, чтобы довести потом его до совершенства методами генной инженерии. В 2012 году исследователи из Университета Осаки нашли один такой бактериальный фермент — в компостной куче. Он так и называется — кутиназа из компоста из листьев и веток (leaf and branch compost cutinase, LLC; известны и другие кутиназы, обеспечивающие деградацию пластиков, в том числе полистирола). LLC, это было известно, разрывает связи между двумя блоками ПЭТ — терефталатом и этиленгликолем. В природе этот энзим занимается тем, что разрушает восковую кутикулу листьев, имеющуюся у многих видов растений. Использовать природный энзим для переработки пластика было неудобно: он разрывает только один вид связей и, что еще хуже, перестает работать при температуре свыше 65 градусов Цельсия, когда ПЭТ начинает размягчаться и можно было бы повысить эффективность действия LLC.
Фото: Эмин Джафаров, Коммерсантъ
Фото: Эмин Джафаров, Коммерсантъ
Марти и Андре выявили в структуре фермента аминокислоты, которые позволяют ему вклиниваться в связь между терефталатной и этиленгликолевой группами ПЭТ.
После чего исследователи создали сотни бактерий-мутантов, чтобы они заменяли изначальные аминокислоты на более термостойкие, а еще добивались более быстрой работы фермента в момент, когда он разрывает связи в пластике.
Несколько неудачных экспериментов — и вот получен мутантный фермент, который в 10 тыс. раз более эффективен при разрыве связи ПЭТ, чем природный LLC, и способен продолжать работу даже при 72 градусах Цельсия, близкой к температуре плавления ПЭТ.
Испытания в небольшом экспериментальном реакторе (200 г пластика) показали, что генно-инженерный фермент способен разрушить 90% ПЭТ за десять часов. Но и это еще не все: получившиеся терефталат и этиленгликоль можно было снова использовать для производства ПЭТ и затем пластиковых бутылок! Таких же прочных, как те, что послужили сырьем для фермента.
Недостатки есть: во-первых, генно-инженерный LLC не справляется с пластиковым вторсырьем, если в него добавлено что-то кроме терефталата и этиленгликоля. Во-вторых, он, увы, не решает проблемы окрашенного вторсырья. Однако, полагают исследователи, экологически настроенные производители могут быть готовы платить более высокую цену за бутылки, если они будут изготовлены из переработанного пластика, но будут столь же долговечными и привлекательными, как бутылки из оригинального сырья.
Марти обещает, что Carbios в скором времени построит демонстрационный завод, способный перерабатывать сотни тонн ПЭТ в год. Если это получится, будет сделан широкий шаг к решению проблемы промышленной переработки по крайней мере одного вида пластика.
По материалам статьи https://www.sciencemag.org/news/2020/04/huge-step-forward-mutant-enzyme-could-vastly-improve-recycling-plastic-bottle