Enzim koji jede plastiku mogao bi eliminirati milijarde tona otpada na odlagalištima

Studija objavljena 27. aprila/travnja u časopisu Nature opisuje korištenje nove varijante enzima koju su inženjeri i znanstvenici Sveučilišta Texas u Austinu stvorili s ciljem smanjenja vremena potrebnog za razgradnju plastičnog otpada. Ovo važno otkriće moglo bi pomoći u rješavanju jednog od najhitnijih svjetskih ekoloških problema: što učiniti s milijardama tona plastičnog otpada koji se gomila na odlagalištima i onečišćuje naše kopnene, morske i druge vodene ekosustave. Naime, ovaj enzim ima ogroman potencijal povećanja stopa recikliranja što bi velikim industrijama konačno omogućilo da smanje svoj štetan utjecaj na okoliš ponovnom upotrebom plastike na molekularnoj razini.

„Mogućnosti korištenja ovog procesa u različitim industrijama su beskrajne“, tvrdi profesor Hal Alper s Odjela za kemijsko inženjerstvo na Sveučilištu Texas u Austinu. „Osim očitog napretka u gospodarenju otpadom, korporacijama iz svih gospodarskih sektora omogućuje se recikliranje njihovih proizvoda u velikim razmjerima, kao i pravi početak primjene načela kružnog gospodarstva u proizvodnji plastike.”

Enzim koji djeluje na temperaturi okoline
Projekt se usredotočuje na polietilen tereftalat (PET), koji se najviše koristi u proizvodnji plastičnih boca, ambalaže za hranu i tekstilnih vlakana te, prema procjenama, čini 12 % ukupnog svjetskog otpada. Enzim stvoren na Sveučilištu Texas uspio je dovršiti „kružni proces“ razgradnje plastike na manje dijelove (depolimerizacija), a zatim ih kemijski ponovno spojiti (repolimerizacija). U nekim slučajevima ova vrsta plastike može se u potpunosti razgraditi do monomera za samo 24 sata.

Istraživači su koristili model strojnog učenja za generiranje novih mutacija prirodnog enzima poznatog pod imenom PETase koji bakterijama omogućuje razgrađuju PET plastike. Model također predviđa koje bi mutacije u ovim enzimima postigle cilj brze depolimerizacije plastičnog otpada na niskim temperaturama. Korištenjem ovog procesa, koji je uključivao proučavanje 51 različite plastične posude, pet različitih poliesterskih vlakana i tkanina te boca za vodu izrađenih od PET-a, znanstvenici su dokazali veliku učinkovitost enzima koji su nazvali FAST-PETase (funkcionalni, aktivni, stabilni i tolerantni PETase).

„Naš rad doista pokazuje moć spajanja različitih disciplina, od sintetičke biologije preko kemijskog inženjerstva do umjetne inteligencije“, rekao je Andrew Ellington, profesor u Centru za sustave i sintetičku biologiju čiji je tim vodio razvoj modela strojnog učenja.

 

Tehnologija koja bi mogla imati presudnu važnost u budućnosti
Recikliranje je vrlo važno za smanjenje količina plastičnog otpada, no poznato je kako se u svijetu reciklira manje od 10 % plastike. Osim odlaganja, spaljivanje je najčešći način zbrinjavanja plastike, a ono je skupo i energetski intenzivno te uzrokuje štetne plinovite emisije iz spalionica. Drugi alternativni industrijski procesi uključuju vrlo energetski intenzivne procese glikolize, pirolize i/ili metanolize.

S druge strane, tijekom posljednjih 15 godina znatno su napredovala istraživanja o enzimima za recikliranje plastike. Međutim, do sada nitko nije uspio stvoriti enzime koji bi mogli učinkovito djelovati na niskim temperaturama te tako omogućiti široku primjenu u industriji. Naime, FAST-PETase može izvesti proces na temperaturi manjoj od 50 stupnjeva Celzija.

Tim Sveučilišta Texas planira raditi na povećanju proizvodnje enzima kako bi se pripremio za njegovu industrijsku i ekološku primjenu. Istraživači su podnijeli patentnu prijavu za tehnologiju i razmatraju nekoliko različitih mogućnosti upotrebe. Čišćenje odlagališta otpada i „ozelenjavanje“ industrija s velikom proizvodnjom otpada su najočitije mogućnosti. Međutim, upotreba nove varijante enzima trebala bi biti ključna za sanaciju onečišćenja u okolišu, ističu istraživači.

„Kada se razmatraju mogućnosti sanacije okoliša, potreban nam je enzim koji može djelovati na temperaturi okoline. Stoga smatramo kako bi naša tehnologija mogla imati presudnu važnost u skoroj budućnosti”, kazao je Hal Alper.

Istraživanje pod nazivom „Machine learning-aided engineering of hydrolases for PET depolymerization“ financirala je multinacionalna naftna i plinska korporacija ExxonMobil.