科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種可以分解我們生活中常見的塑料垃圾的酶，使得解決上大的環(huán)境問(wèn)題之一變得有可能。該發(fā)現(xiàn)解決了數(shù)百萬(wàn)噸聚對(duì)二甲酸乙二酯（PET）制成的塑料瓶的回收問(wèn)題，或用來(lái)分解已經(jīng)在環(huán)境中殘存數(shù)百年的PET垃圾。
樸茨茅斯大學(xué)的John McGeehan教授和美國(guó)能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的Gregg Beckham博士共同研究了近發(fā)現(xiàn)用來(lái)分解PET的酶(PETase )的晶體結(jié)構(gòu)，并通過(guò)3D信息來(lái)了解它如何工作。在研究過(guò)程中，他們無(wú)意中設(shè)計(jì)了一種酶，比自然界中進(jìn)化出來(lái)降解塑料的酶的性能更好。
現(xiàn)在，研究人員正致力于進(jìn)一步改進(jìn)這種酶，使其可持續(xù)用于工廠內(nèi)的塑料分解。他們?cè)谘芯刻烊幻傅慕Y(jié)構(gòu)時(shí)取得了突破性進(jìn)展，并認(rèn)為這種酶是在日本的廢物回收中心培養(yǎng)起來(lái)的，它允許細(xì)菌降解塑料作為食物來(lái)源。
在20世紀(jì)40年代，PET塑料在自然界中出現(xiàn)時(shí)間并不長(zhǎng)，因此研究團(tuán)隊(duì)都致力于查明酶的發(fā)展以及能否改良它。
研究終目標(biāo)只是為了確定酶的結(jié)構(gòu)，但未曾想他們走得更遠(yuǎn)，并意外地設(shè)計(jì)出了一種可以更好地分解PET塑料的酶。
McGeehan 說(shuō)：“在基礎(chǔ)科學(xué)研究中，偶然性經(jīng)常扮演重要角色，所以我們偶然性的發(fā)現(xiàn)也很正常?！?
“雖然改善幅度不大，但這一偶然的發(fā)現(xiàn)表明，還有更大的空間來(lái)改進(jìn)這些酶，使我們更有把握找到回收這些堆積如山的廢棄塑料垃圾的解決方案?！?
研究小組現(xiàn)在可以應(yīng)用蛋白質(zhì)工程和演變技術(shù)來(lái)繼續(xù)改進(jìn)酶。
樸茨茅斯大學(xué)，美國(guó)能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)以及英國(guó)Diamond Light Source的科學(xué)家們共同合作，使用比太陽(yáng)光還亮100億倍X射線光束作顯微鏡的同步加速器來(lái)觀察單個(gè)原子。
使用他們新的實(shí)驗(yàn)室中的I23光束線利用超高分辨率的3D模型生成精準(zhǔn)的PETase酶。
McGeehan教授表示：“ Diamond Light Source近創(chuàng)造了上先進(jìn)的X射線光束線之一，通過(guò)這一設(shè)備我們能夠以難以置信的方式細(xì)致的看到PETase的3D原子結(jié)構(gòu)。而看到這種生物催化劑的內(nèi)部運(yùn)作為我們提供了藍(lán)圖來(lái)設(shè)計(jì)更快更有效的酶?！?
進(jìn)化后的PETase酶比天然PETase酶更好
在南佛羅里達(dá)大學(xué)和巴西坎皮納斯大學(xué)的計(jì)算模型科學(xué)家們的幫助下，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)PETase酶看起來(lái)與角質(zhì)酶非常相似，但PETase酶又具有一些不尋常的特性，包括更開放的活性點(diǎn)，能夠適應(yīng)人造聚合物而不僅僅是天然聚合物。這些差異表明，PETase酶可能為了降解PET塑料而已經(jīng)在含有PET塑料的環(huán)境中進(jìn)化了。為了檢驗(yàn)該假設(shè)，研究人員突變了PETase酶的活性位點(diǎn)以使它更像角質(zhì)酶。
研究人員意外發(fā)現(xiàn)進(jìn)化后的PETase酶在降解PET塑料方面比天然PETase酶更好。
值得注意的是，這種酶還可以降解呋 喃二羧酸聚 乙 二醇酯塑料(PEF)，它作為PET塑料的生物替代品，也被認(rèn)為是玻璃啤酒瓶的替代品。
該研究由樸茨茅斯大學(xué)，美國(guó)能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)和生物技術(shù)與生物科學(xué)研究委員會(huì)(BBSRC)資助。
簡(jiǎn)繁切換