Повсеместное распространение пластика на основе полиэтилентерефталата (ПЭТ) создает серьезную экологическую проблему из-за его медленного разложения. Хотя переработка ПЭТ является важной задачей, эффективные методы, способные превратить этот материал обратно в исходные мономеры, ограничены. Ферменты, называемые ПЭТазами, проявляют способность расщеплять ПЭТ, но существующие природные ферменты, такие как те, что содержатся в бактерии Ideonella sakaiensis и кутиназе, выделенной из листового компоста, имеют ограничения. Это подчеркивает насущную необходимость в разработке более мощных биокатализаторов, которые могут эффективно разлагать ПЭТ в мягких условиях и производить мономеры высокой чистоты.
Группа исследователей из Национального университета Кёнпук (KNU) под руководством профессора Кён-Джин Ким, возглавляющего Институт микроорганизмов KNU, разработала новый метод профилирования для выявления природных микробных ферментов с высоким потенциалом. Этот метод, называемый «ландшафтным профилированием», включает в себя кластерный анализ около 2000 ферментов-кандидатов. Уделяя особое внимание пригодности и стабильности ферментов с «неспецифической» активностью, исследователи выявили ряд перспективных ферментов.
Ландшафтное профилирование позволило не только выделить перспективные ферменты, но и определить их потенциальные свойства. Исследователи смогли точно идентифицировать ферменты, имеющие наибольший потенциал для катализа процесса деполимеризации ПЭТ. Затем они приступили к модификации этих ферментов с помощью последовательного мутагенеза, что привело к созданию двух ключевых ферментов: Mipa-P и Kubu-P.
Среди этих модифицированных ферментов Kubu-P претерпел дальнейшие усовершенствования, результатом чего стал вариант Kubu-PM12. Kubu-PM12 продемонстрировал исключительную производительность в условиях, имитирующих промышленные, проявив при этом повышенную стабильность и эффективность.
Kubu-PM12 способен работать при высоких нагрузках ПЭТ и высоких температурах. Примечательно, что он также эффективен при пониженных температурах, что делает его очень многообещающим вариантом для непрерывной переработки ПЭТ. Эти характеристики позволяют осуществлять более эффективную переработку ПЭТ при более низких температурах, с более высокой производительностью, и дают значительный скачок к замкнутому циклу переработки.
Этот прорыв имеет далеко идущие последствия. Метод ландшафтного профилирования не только позволил выявить мощные ферменты для переработки ПЭТ, но и заложил основу для понимания и прогнозирования функций ферментов. Это может способствовать дальнейшему развитию биокаталитических технологий для решения различных экологических проблем.
Более того, разработка таких биокаталитических методов переработки, как Kubu-PM12, потенциально может снизить зависимость от производства первичного ПЭТ из сырой нефти, сократив тем самым наше углеродное воздействие и способствуя более устойчивой экономике замкнутого цикла.
В конечном счете, целью является создание полностью замкнутой системы переработки ПЭТ, где отходы ПЭТ будут полностью превращаться в новые продукты ПЭТ без необходимости использования первичного сырья. Данное исследование, результаты которого опубликованы в журнале Science 3 января 2025 года, представляет собой важный шаг на пути к достижению этой цели. Успехи, достигнутые командой профессора Кён-Джин Ким, открывают перспективы для новых методов переработки пластика с помощью инновационных ферментных технологий.
Изображение носит иллюстративный характер
Группа исследователей из Национального университета Кёнпук (KNU) под руководством профессора Кён-Джин Ким, возглавляющего Институт микроорганизмов KNU, разработала новый метод профилирования для выявления природных микробных ферментов с высоким потенциалом. Этот метод, называемый «ландшафтным профилированием», включает в себя кластерный анализ около 2000 ферментов-кандидатов. Уделяя особое внимание пригодности и стабильности ферментов с «неспецифической» активностью, исследователи выявили ряд перспективных ферментов.
Ландшафтное профилирование позволило не только выделить перспективные ферменты, но и определить их потенциальные свойства. Исследователи смогли точно идентифицировать ферменты, имеющие наибольший потенциал для катализа процесса деполимеризации ПЭТ. Затем они приступили к модификации этих ферментов с помощью последовательного мутагенеза, что привело к созданию двух ключевых ферментов: Mipa-P и Kubu-P.
Среди этих модифицированных ферментов Kubu-P претерпел дальнейшие усовершенствования, результатом чего стал вариант Kubu-PM12. Kubu-PM12 продемонстрировал исключительную производительность в условиях, имитирующих промышленные, проявив при этом повышенную стабильность и эффективность.
Kubu-PM12 способен работать при высоких нагрузках ПЭТ и высоких температурах. Примечательно, что он также эффективен при пониженных температурах, что делает его очень многообещающим вариантом для непрерывной переработки ПЭТ. Эти характеристики позволяют осуществлять более эффективную переработку ПЭТ при более низких температурах, с более высокой производительностью, и дают значительный скачок к замкнутому циклу переработки.
Этот прорыв имеет далеко идущие последствия. Метод ландшафтного профилирования не только позволил выявить мощные ферменты для переработки ПЭТ, но и заложил основу для понимания и прогнозирования функций ферментов. Это может способствовать дальнейшему развитию биокаталитических технологий для решения различных экологических проблем.
Более того, разработка таких биокаталитических методов переработки, как Kubu-PM12, потенциально может снизить зависимость от производства первичного ПЭТ из сырой нефти, сократив тем самым наше углеродное воздействие и способствуя более устойчивой экономике замкнутого цикла.
В конечном счете, целью является создание полностью замкнутой системы переработки ПЭТ, где отходы ПЭТ будут полностью превращаться в новые продукты ПЭТ без необходимости использования первичного сырья. Данное исследование, результаты которого опубликованы в журнале Science 3 января 2025 года, представляет собой важный шаг на пути к достижению этой цели. Успехи, достигнутые командой профессора Кён-Джин Ким, открывают перспективы для новых методов переработки пластика с помощью инновационных ферментных технологий.
