Фермент может разрезать химические связи пластиковой бутылки, но в ходе реакции сам теряет активность. Исследователи изменили его поверхность и жидкость вокруг него: в лабораторном опыте расщепление PET шло с устойчивой скоростью семь дней. Важным оказалось сохранить рабочее состояние белка, пока он добирается до связей полимера.
Команда King's College London и Ратгерского университета использовала кутиназу — фермент, способный расщеплять полиэтилентерефталат, или PET. Статья вышла 26 октября в ACS Sustainable Chemistry & Engineering; 9 ноября университет опубликовал подробное объяснение результатов и ограничений. Это новая для нашего выпуска технология, а не исследование, выполненное за последние сутки.
Подготовили и фермент, и среду
PET состоит из длинных молекулярных цепей. Чтобы разобрать материал на исходные химические блоки, ферменту нужно получить доступ к связям внутри этих цепей. Плотная структура пластика затрудняет доступ, а условия, облегчающие расщепление, могут повредить сам белок.
Авторы химически модифицировали поверхность фермента и поместили его в ионную жидкость — растворитель из ионов. Такая среда помогала сделать структуру PET доступнее для реакции. Модифицированный фермент сохранял активность при высокой температуре дольше, чем исходный фермент в воде.
В сравнительном опыте суммарное число каталитических превращений выросло примерно в 9,5 раза. Это сравнение двух определённых лабораторных систем, а не утверждение о превосходстве над всеми технологиями переработки. Метод проверили также на хлопьях использованной бутылки. Из продуктов реакции выделили терефталевую кислоту — один из строительных блоков PET.
Возврат растворителя выявил следующий барьер
В отдельном опыте удалось вернуть 97,1% ионной жидкости. Однако после процедуры возврата фермент уже не работал эффективно. Для замкнутого процесса нужно решить и эту задачу: возвращать в производство не только растворитель, но и активный биокатализатор.
Самые современные специально сконструированные PET-ферменты в данной работе не испытывали. Приведённая в релизе возможность сократить переработку до нескольких часов — оценка для будущих исследований, а не полученный результат. Для промышленного применения ещё предстоит проверить восстановление фермента, энергозатраты и экономику всей цепочки.
Продолжить знакомство с ролью состава и структуры вещества можно в WikiChem EASY.
Концептуальная иллюстрация EASY, созданная с помощью ИИ: бутылка PET, хлопья и условный порошок продукта. Это не фотография лабораторного опыта или его выхода.
Источники
KCL: первичная авторская аннотация, публикация 26 октября
King’s College London: объяснение результатов и ограничений, 9 ноября
