과학자들은 우리 삶에서 가장 흔한 플라스틱 쓰레기를 분해 할 수있는 효소를 개발하여 세계에서 가장 큰 환경 문제 중 하나를 해결할 수있게되었습니다. 발견으로 수백만 톤의 폴리에틸렌 테레 프탈레이트 ( PET) 만들어진 플라스틱 병을 재활용하거나 수 백년 동안 환경에 있던 PET 폐기물을 분해합니다.
그림은 John McGeehan 교수와 그의 동료가 자연에서 플라스틱 쓰레기를 분해하는 데 사용되는 효소보다 우연히 효소를 의도적으로 설계 한 것을 보여줍니다.
포츠머스의 박사 그레그 교수 존 McGeehan 베컴 대학과 공동 연구의 에너지 재생 에너지 연구소의 미국학과 (NREL)는 최근 효소가 PET (PETase) 결정 구조를 분해하는 데 사용하고, 3D 정보를 통해 이해하는 것을 발견 어떻게 작동하는지. 연구의 과정에서, 그들은 실수로 분해 플라스틱의 성능이 더 좋은 효소보다 자연에서 진화하는 효소를 디자인했다.
이제 연구자들은이 지속 가능한 플라스틱 공장 내에서 분해에 대한 제작,이 효소의 추가 개선에 노력하고 있습니다. 그들은 네이티브 효소의 구조 연구에 돌파구를 만들어,이 효소는 일본의 폐기물 재활용을 생각한다 박테리아 음식 소스로 플라스틱을 분해 할 수 있도록 함께 트레이닝 센터.
1940 년대에 PET 플라스틱은 본질적으로 오랜 시간이 걸리지 않았으므로 연구팀은 효소의 발달을 확인하고 개선하기 위해 노력하고 있습니다.
이 연구의 궁극적 인 목표는 단순히 효소의 구조를 결정하는 것이었지만, 그들은 PET 플라스틱을 더 열화시킬 수있는 효소를 더 이상 의도하지 않게 설계했다고 결코 생각하지 못했습니다.
맥기 한 (McGeehan)은 다음과 같이 말했습니다 : "기본적인 과학 연구에서 우발적 인 사고가 종종 중요한 역할을하므로 우연한 발견은 또한 정상입니다."
이러한 우연한 발견으로 인해 이러한 효소가 개선 될 여지가 여전히 많다는 것을 알 수 있으며, 이러한 폐기물은 폐기물 더미를 회수 할 수있는 해결책을 찾는데 더욱 확신을 갖게합니다.
그림은 효소 분해 PET 플라스틱의 전자 현미경 이미지를 보여줍니다
연구진은 효소를 계속해서 개선하기 위해 단백질 공학 및 진화 기술을 적용 할 수있게되었습니다.
포츠머스, 에너지 재생 에너지 연구소 (NREL)와 영국의 다이아몬드 광원 과학자의 미국학과의 대학은 개별 원자를 관찰하는 현미경을위한 밝은보다 100 억 배 싱크로트론 X 선 빔을 햇빛를 사용하여 함께 작동합니다.
사진은 다이아몬드 광원 빔라인의 I23을 확인 벤자민 Luethi를 보여주고,이 효소의 발견에 중요한 역할을
최신 실험실을 사용 I23 빔라인 정확한 PETase 효소는 초 고해상도의 3D 모델을 사용하여 생성합니다.
McGeehan 교수는 "다이아몬드 광원 (Diamond Light Source)은 최근 세계에서 가장 발전된 X 선 빔 라인 중 하나를 만들었습니다.이 장치로 우리는 믿을 수없는 방식으로 PETase의 3 차원 원자 구조를 볼 수 있습니다. 촉매의 내부 작동은 빠르고 효율적인 효소를 설계하기위한 청사진을 제공합니다.
진화론 적 PETase 효소는 천연 PETase 효소보다 낫다.
사우스 플로리다 대학 (University of South Florida)과 브라질 캄 피나 스 (Campinas) 대학의 전산 모델링 과학자들의 도움으로이 팀은 PETase 효소가 쿠티 나제와 매우 유사하다고 생각하지만 PETase 효소는 더 많은 활성 활성 부위를 포함하여 특이한 특징을 가지고있다. , 인공 고분자뿐만 아니라 천연 고분자에 적응할 수 있습니다. 이러한 차이점은 PETase 효소가 PET 플라스틱을 분해하기 위해 PET 함유 플라스틱에서 진화했을 수도 있음을 나타냅니다. 이 가설을 시험하기 위해, 연구자들은 PETase 효소의 활성 부위를 돌연변이 시켜서 더 cutinase와 같게 만들었다.
연구진은 예기치 않게 진화 된 PETase 효소가 PET 플라스틱을 분해하는 데있어 네이티브 PETase 효소보다 우수하다는 사실을 발견했습니다.
특히,이 효소는 또한 생체 대체 PET 플라스틱으로, 유리는 맥주, 대안으로 간주된다 furandicarboxylic 폴리 글리콜 에스테르 수지합니다 (PEF)를 저하시킬 수있다.
이 연구는 포츠머스 대학 (University of Portsmouth), 미국 에너지 부 신 재생 에너지 연구소 (NREL) 및 생명 공학 및 생물 과학 연구위원회 (BBSRC)의 지원을 받았다.