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食用塑料的超级酶“鸡尾酒”为废塑料解决方案带来新希望

2021-11-09 15:50:16来源:

重新设计了可食用塑料的酶PETase的科学家现在已经创建了一种酶“鸡尾酒”,该酶可以将塑料消化的速度提高六倍。

在生活在塑料瓶饮食中的同一垃圾住宅细菌中发现的第二种酶已与PETase结合使用,以加快塑料的分解速度。

PETase将聚对苯二甲酸乙二酯(PET)分解回其组成部分,从而提供了无限回收塑料,减少塑料污染和推动气候变化的温室气体的机会。

PET是最常见的热塑性塑料,用于制造一次性饮料瓶,衣物和地毯,在环境中分解需要数百年的时间,但是PETase可以将时间缩短为几天。

最初的发现为塑料回收利用带来了革命性的前景,创造了潜在的低能耗解决方案来处理塑料废物。该团队在实验室中设计出了天然的PETase酶,使PET分解的速度提高了约20%。

MHETase。

现在,同一个跨大西洋团队将PETase及其“伙伴”(称为MHETase的第二种酶)结合起来,产生了更大的改进:将PETase与MHETase混合在一起,可以使PET分解的速度提高一倍,并设计两种酶之间的连接创造一种“超级酶”,使这种活性再增加三倍。

该研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

该团队由设计PETase的科学家,朴次茅斯大学酶创新中心(CEI)主任John McGeehan教授和国家可再生能源实验室(NREL)资深研究员Gregg Beckham博士共同领导。在美国。

约翰·麦基汉(John McGeehan)教授。

麦基汉教授说:“ Gregg和我正在谈论PETase如何侵蚀塑料表面,而MHETase则将其进一步切碎,因此,很自然地看到我们是否可以一起使用它们,模仿自然界中发生的事情。

“我们的第一个实验表明,它们确实确实可以更好地协同工作,因此我们决定尝试将它们物理连接起来,就像两个吃豆人用一根绳子连接起来一样。

嵌合体红色蓝色。

“在大西洋两岸都进行了大量工作,但值得付出努力。我们很高兴地看到,我们的新嵌合酶比自然进化的独立酶快三倍,为进一步开发开辟了新途径。改进。”

最初的PETase酶发现预示着人们有望掌握解决全球塑料污染问题的第一个希望,尽管仅PETase还不够快,不足以使其在商业上可行,从而能够处理掉在地球上乱抛垃圾的大量PET瓶。

将其与第二种酶结合在一起,并发现它们的协同作用甚至更快,这意味着朝着寻找塑料废料的解决方案迈出了另一次飞跃。

PETase和新组合的MHETase-PETase都可以通过消化PET塑料并将其恢复到原来的构造块来工作。这样就可以无限期地制造和重复使用塑料,从而减少了我们对石油和天然气等化石资源的依赖。

MHETPET。

麦基汉教授在牛津郡使用了同步加速器,该同步加速器使用比太阳强100亿倍的X射线强烈的X射线作为显微镜,足以观察到单个原子。这使团队能够解决MHETase酶的3D结构,从而为他们提供分子蓝图,从而开始设计更快的酶系统。

这项新研究结合了结构,计算,生化和生物信息学方法,以揭示分子对其结构及其功能的见解。这项研究是一项巨大的团队努力,涉及各个职业阶段的科学家。

朴茨茅斯大学CEI-NREL博士生的联合创始人Rosie Graham是一位最初级的作者,他说:“我最喜欢的研究部分是想法的产生方式,无论是喝咖啡,乘火车上下班,还是在大学走廊里经过时,它的确可以随时出现。

“作为这次英美合作的一部分,这是一个学习和成长的绝好机会,甚至可以为利用酶处理我们污染最严重的塑料提供更多的故事。”

酶创新中心从自然环境中吸收酶,并利用合成生物学对其进行改造,以创造出用于工业的新酶。

参考:Brandon C. Knott,Erika Erickson,Mark D. Allen,Japheth E. Gado,Rosie Graham,Fiona L. Kearns,Isabel Pardo,Ece Topuzlu和Jared J.撰写的“用于塑料解聚的两酶系统的表征和工程设计”。安德森(Anderson),哈里·奥斯汀(Harry P. E.McGeehan,2020年9月28日,美国国家科学院院刊,DOI:
10.1073 / pnas.2006753117