นักวิทยาศาสตร์ได้ออกแบบเอนไซม์ที่สามารถทำลายขยะพลาสติกที่พบมากที่สุดในชีวิตของเราทำให้สามารถแก้ปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งของโลกได้การค้นพบนี้สามารถแก้ปัญหาของ polyethylene terephthalate ได้หลายล้านตัน PET) การรีไซเคิลขวดพลาสติกที่ทำขึ้นหรือเพื่อย่อยสลายเศษ PET ที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อมเป็นเวลาหลายร้อยปี
ภาพนี้แสดงให้เห็นว่าศาสตราจารย์ John McGeehan และเพื่อนร่วมงานของเขาตั้งใจออกแบบเอนไซม์ที่ดีกว่าเอนไซม์ที่ใช้ในธรรมชาติเพื่อลดขยะพลาสติก
ดร. เกร็กศาสตราจารย์จอห์นเบ็คแฮม McGeehan University of Portsmouth และกระทรวงพลังงานสหรัฐพลังงานทดแทนทดลอง (NREL) ของการวิจัยร่วมกันเมื่อเร็ว ๆ นี้พบว่าเอนไซม์ที่ใช้ในการทำลายลง PET (PETase) โครงสร้างผลึกและจะเข้าใจมันผ่านข้อมูล 3 มิติ วิธีการทำงานในระหว่างการศึกษาพวกเขาตั้งใจออกแบบเอนไซม์ที่มีประสิทธิภาพดีกว่าเอนไซม์ที่มีวิวัฒนาการมาจากธรรมชาติเพื่อย่อยสลายพลาสติก
ตอนนี้นักวิจัยกำลังทำงานเกี่ยวกับการปรับปรุงต่อไปของเอนไซม์นี้ทำให้มันยั่งยืนสำหรับพลาสติกย่อยสลายภายในโรงงาน. พวกเขาทำให้ประสบความสำเร็จในการศึกษาโครงสร้างของเอนไซม์พื้นเมืองและเอนไซม์นี้เชื่อว่ารีไซเคิลขยะในประเทศญี่ปุ่น ศูนย์ได้รับการฝึกอบรมเพื่อให้แบคทีเรียย่อยสลายพลาสติกเป็นแหล่งอาหาร
ในยุค 40 พลาสติก PET ไม่ใช้เวลานานในธรรมชาติดังนั้นทีมวิจัยจึงมุ่งมั่นที่จะระบุการพัฒนาเอนไซม์และปรับปรุง
เป้าหมายสูงสุดของการศึกษาคือเพื่อตรวจสอบโครงสร้างของเอนไซม์ แต่พวกเขาไม่เคยคิดเลยว่าพวกเขาจะออกแบบเอนไซม์เพิ่มเติมและคาดไม่ถึงซึ่งอาจทำให้พลาสติก PET ย่อยสลายได้ดีขึ้น
McGeehan กล่าวว่าในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐานอุบัติเหตุมักจะมีบทบาทสำคัญดังนั้นการค้นพบโดยอุบัติเหตุของเราก็เป็นเรื่องปกติเช่นกัน
แม้ว่าการปรับปรุงนี้จะค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัวการค้นพบโดยไม่ได้ตั้งใจนี้แสดงให้เห็นว่ามีห้องพักสำหรับการปรับปรุงเอนไซม์เหล่านี้มากขึ้นซึ่งจะทำให้เรามั่นใจในการหาแนวทางในการรีไซเคิลกองขยะพลาสติกเหลือใช้เหล่านี้
ภาพแสดงภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของพลาสติก PET ที่ย่อยด้วยเอนไซม์
ทีมวิจัยสามารถใช้เทคนิคโปรตีนและเทคนิควิวัฒนาการเพื่อปรับปรุงเอนไซม์ต่อไปได้
University of Portsmouth ห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนของสหรัฐอเมริกา (NREL) และนักวิทยาศาสตร์จาก Diamond Light Source ในสหราชอาณาจักรได้ทำงานร่วมกันเพื่อสังเกตอะตอมเดี่ยวโดยใช้ซิงโครตรอนที่ใช้คาน X-ray ที่สว่างกว่าแสงแดดถึง 10 พันล้านเท่าเป็นกล้องจุลทรรศน์
ภาพแสดงให้เห็นว่า Benjamin Luethi ตรวจสอบสายลำแสง I23 ของ Diamond Light Source ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการค้นพบเอนไซม์
ใช้โมเดล 3D ที่มีความละเอียดสูงเพื่อสร้างเอนไซม์ PETase ที่แม่นยำโดยใช้สายลำแสง I23 ในห้องปฏิบัติการล่าสุดของพวกเขา
ศาสตราจารย์ McGeehan กล่าวว่า Diamond Light Source ได้สร้างหนึ่งในสายลำแสงรังสีเอกซ์ที่ทันสมัยที่สุดในโลกด้วยอุปกรณ์นี้เราสามารถมองเห็นโครงสร้างอะตอม 3 มิติของ PETase ได้อย่างไม่น่าเชื่อ การดำเนินการภายในของตัวเร่งปฏิกิริยาทำให้เรามีแผนงานในการออกแบบเอนไซม์ที่เร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น
เอนไซม์ PETase วิวัฒนาการดีกว่าเอนไซม์ PETase พื้นเมือง
ในรูปแบบการคำนวณนักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยเซาท์ฟลอริดาและมหาวิทยาลัยโจนัช่วยเหลือ Campinas, บราซิล, ทีมวิจัยพบว่าเอนไซม์ PETase cutinase มีลักษณะคล้ายกันมาก แต่เอนไซม์ PETase ยังมีคุณสมบัติบางอย่างผิดปกติรวมทั้งการใช้งานเว็บไซต์เปิดกว้างมากขึ้น สามารถที่จะปรับตัวมากกว่าลิเมอร์ธรรมชาติโพลิเมอร์สังเคราะห์. แตกต่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเอนไซม์ PETase อาจลดพลาสติก PET บรรจุพลาสติก PET และมีการพัฒนาสภาพแวดล้อม ในการทดสอบสมมติฐานนี้นักวิจัยกลายพันธุ์การใช้งานเว็บไซต์ของเอนไซม์เพื่อที่จะเป็นมากขึ้นเช่น PETase cutinase
นักวิจัยพบว่าหลังจากที่เกิดอุบัติเหตุวิวัฒนาการ PETase การย่อยสลายของเอนไซม์ในพลาสติก PET ดีกว่าเอนไซม์ธรรมชาติ PETase
เป็นที่น่าสังเกตว่าเอนไซม์ตัวนี้ยังสามารถย่อยสลายเอฟเฟค polyethylene glycol ester plastic (PEF) ของ furose dicarboxylic acid ซึ่งถือได้ว่าเป็นขวดแทนสำหรับขวดพลาสติกแก้วแทนพลาสติก PET
การศึกษานี้ได้รับทุนจาก University of Portsmouth, ห้องทดลองพลังงานทดแทนแห่งสหรัฐฯ (NREL) และสำนักวิจัยด้านเทคโนโลยีชีวภาพและชีววิทยาศาสตร์ (BBSRC)