Фермент, поедающий пластик, разработанный с использованием машинного обучения, может решить кризис отходов

Открытие может помочь решить растущий мировой кризис пластиковых отходов, которые заполняют свалки и загрязняют океаны. Исследователи заявили, что у нового фермента есть потенциал для «сверхбыстрой» переработки в больших масштабах, что позволит крупным отраслям снизить воздействие на окружающую среду за счет восстановления и повторного использования пластика на молекулярном уровне.

«Возможности использования этого новаторского процесса переработки безграничны в разных отраслях», — сказал профессор Хэл Альпер, исследователь из UT Austin. «Помимо очевидной индустрии управления отходами, это также дает компаниям из каждого сектора возможность взять на себя инициативу по переработке своей продукции. Благодаря этим более устойчивым ферментативным методам мы можем начать представлять себе настоящую безотходную пластиковую экономику».

Проект фокусируется на ПЭТ-пластике, важном полимере, используемом в большинстве потребительских упаковок, включая контейнеры, бутылки, упаковку для фруктов и салатов, а также некоторых волокнах и текстиле, которые составляют 12 процентов всех мировых отходов.

Фермент смог завершить «циклический процесс» разрушения пластика на более мелкие кусочки (деполимеризация), а затем химическую рекомбинацию (реполимеризация). В некоторых случаях эти пластики могут полностью диссоциировать на мономеры всего за 24 часа.

Исследователи использовали модель машинного обучения для создания новых мутаций в природном ферменте под названием ПЭТаза, который позволяет бактериям разлагать ПЭТ-пластик. Модель предсказывает, какие мутации в этих ферментах помогут достичь цели быстрой деполимеризации пластиковых отходов, бывших в употреблении, при более низких температурах.

С помощью этого процесса, который включал изучение 51 различных пластиковых контейнеров, вышедших из употребления, пяти различных полиэфирных волокон и тканей, а также бутылок для воды, сделанных из ПЭТ, исследователи продемонстрировали эффективность фермента, который они назвали FAST-PETase.

«Эта работа действительно демонстрирует силу объединения различных дисциплин, от синтетической биологии до химической инженерии и искусственного интеллекта», — сказал профессор Эндрю Эллингтон, который руководил своей командой, разрабатывающей модель машинного обучения.

За последние пятнадцать лет исследования ферментов по переработке пластика продвинулись вперед. Однако до сих пор никому не удавалось понять, как сделать ферменты, способные эффективно работать при более низких температурах, чтобы сделать их портативными и доступными в крупном промышленном масштабе. FAST-PETase может выполнять процесс при температуре менее 50°C.

Далее команда планирует работать над увеличением производства фермента, чтобы подготовить его к промышленному и экологическому применению. Наиболее очевидными являются очистка свалок и экологизация производств с высоким уровнем образования отходов. Но еще одним важным потенциальным применением является восстановление окружающей среды. Команда ищет несколько способов использовать ферменты в полевых условиях для очистки загрязненных участков.

«При рассмотрении возможностей очистки окружающей среды вам нужен фермент, который может функционировать в окружающей среде при температуре окружающей среды. Именно в этом требовании наша технология будет иметь огромное преимущество в будущем», — сказал Альбер.

вчера, Э&Т Выяснилось, что ни один гибкий пластик, который Sainsbury собирает у своих клиентов в рамках спорной общенациональной инициативы, в настоящее время не перерабатывается в Великобритании.