Die Wissenschaftler entwarfen ein Enzym, das die häufigsten Kunststoffabfälle unseres Lebens zerstören kann und damit eines der größten Umweltprobleme der Welt lösen kann. Die Entdeckung löste Millionen von Tonnen Polyethylenterephthalat ( PET) Recycling von hergestellten Plastikflaschen oder zur Zersetzung von PET-Abfällen, die sich seit Hunderten von Jahren in der Umwelt befinden.
Das Bild zeigt, dass Professor John McGeehan und seine Kollegen unbeabsichtigt ein Enzym entwickelt haben, das besser ist als die in der Natur verwendeten Enzyme, um Plastikmüll zu zersetzen.
Prof. John McGeehan von der Universität Portsmouth und Dr. Gregg Beckham vom Renewable Energy Laboratory des US-Energieministeriums (NREL) untersuchten die Kristallstruktur eines kürzlich entdeckten Enzyms (PETase), das zum Abbau von PET verwendet wurde, und erfuhren es durch 3D-Informationen. Im Verlauf der Studie entwickelten sie unbeabsichtigt ein Enzym, das besser abschneidet als Enzyme, die sich in der Natur zum Abbau von Kunststoffen entwickelten.
Jetzt arbeiten die Forscher daran, dieses Enzym weiter zu verbessern und es nachhaltig für den Abbau von Kunststoffen in Fabriken zu machen.Sie haben einen Durchbruch in der Untersuchung der Struktur natürlicher Enzyme erreicht und betrachteten dieses Enzym als eine Abfallverwertung in Japan. Das Zentrum wurde trainiert, damit Bakterien Plastik als Nahrungsquelle abbauen können.
In den 1940er Jahren dauerte PET in der Natur nicht lange, daher ist das Forschungsteam bestrebt, die Entwicklung von Enzymen zu identifizieren und zu verbessern.
Das ultimative Ziel der Studie war es, die Struktur der Enzyme zu bestimmen, aber sie dachten nie, dass sie weiter gehen würden und entwarfen unerwartet ein Enzym, das PET-Kunststoffe besser abbauen könnte.
McGeehan sagte: ‚Auf der Grundlage der wissenschaftlichen Forschung, der Zufall oft eine wichtige Rolle spielt, so dass wir Zufallsbefunde sind normal.‘
Obwohl die Verbesserung bescheiden ist, legt diese zufällige Entdeckung nahe, dass es mehr Raum für Verbesserungen dieser Enzyme gibt, was uns mehr Vertrauen geben wird, eine Lösung für das Recycling dieser Haufen von Kunststoffabfällen zu finden.
Das Bild zeigt das elektronenmikroskopische Bild des enzymabbaubaren PET-Kunststoffes
Das Forschungsteam kann jetzt Protein-Engineering- und Evolutionstechniken anwenden, um die Enzyme weiter zu verbessern.
Die University of Portsmouth, das Renewable Energy Laboratory des US-Energieministeriums (NREL) und Wissenschaftler der britischen Diamond Light Source haben gemeinsam ein einzelnes Atom mit einem Synchrotron beobachtet, das Röntgenstrahlen verwendet, die 10 Milliarden Mal heller sind als Sonnenlicht als Mikroskope.
Das Foto zeigt, wie Benjamin Luethi die I23-Strahllinie der Diamond Light Source überprüft, die eine wichtige Rolle bei der Entdeckung von Enzymen spielte.
Verwenden Sie ihr ultrahochauflösendes 3D-Modell, um genaue PETase-Enzyme mit der I23-Strahllinie in ihrem neuesten Labor zu erzeugen.
Professor McGeehan sagte: "Diamond Light Source hat kürzlich eine der fortschrittlichsten Röntgenstrahllinien der Welt geschaffen, mit der wir die 3D-Atomstruktur von PETase auf unglaubliche Weise sehen können. Der interne Betrieb des Katalysators liefert uns eine Blaupause, um schnellere und effizientere Enzyme zu entwickeln.
Das evolutionäre PETase-Enzym ist besser als das native PETase-Enzym
Mit Hilfe von Computermodellierungswissenschaftlern an der Universität von Südflorida und der Universität von Campinas, Brasilien, fand das Team heraus, dass das PETase-Enzym der Cutinase sehr ähnlich ist, aber das PETase-Enzym hat einige ungewöhnliche Eigenschaften, einschließlich einer offeneren aktiven Stelle. , Kann sich an künstliche Polymere und nicht nur an natürliche Polymere anpassen Diese Unterschiede deuten darauf hin, dass sich PETase-Enzyme in PET-haltigen Kunststoffen entwickelt haben, um PET-Kunststoffe abzubauen. Um diese Hypothese zu testen, mutierten die Forscher die aktive Stelle des PETase-Enzyms, um es mehr wie Cutinase zu machen.
Forscher haben unerwarteterweise herausgefunden, dass das entwickelte PETase-Enzym beim Abbau von PET-Kunststoffen besser ist als native PETase-Enzyme.
Es ist erwähnenswert, dass dieses Enzym auch Furosedicarbonsäurepolyethylenglykolester-Kunststoff (PEF) abbauen kann, der auch als Ersatz für Glasbierflaschen als biologischer Ersatz für PET-Kunststoffe angesehen wird.
Die Studie wurde von der University of Portsmouth, dem Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums und dem Forschungsrat für Biotechnologie und Biowissenschaften (BBSRC) finanziert.