Plasticetende enzymencocktail luidt nieuwe hoop in voor plastic afval

Oct 8, 2020

De wetenschappers die het plasticetende enzym PETase opnieuw hebben ontworpen, hebben nu een enzymcocktail gemaakt die plastic tot zes keer sneller kan verteren.

Een tweede enzym, gevonden in dezelfde afvalbacterie die leeft van een dieet van plastic flessen, is gecombineerd met PETase om de afbraak van plastic te versnellen.

PETase breekt polyethyleentereftalaat (PET) weer af in zijn bouwstenen, waardoor er een mogelijkheid wordt geboden om plastic oneindig te recyclen en plasticvervuiling en de broeikasgassen die de klimaatverandering veroorzaken te verminderen.

PET is de meest voorkomende thermoplast die wordt gebruikt om bidons, kleding en tapijten voor eenmalig gebruik te maken en het duurt honderden jaren voordat het in het milieu is afgebroken, maar PETase kan deze tijd tot dagen verkorten.

De eerste ontdekking schiep het vooruitzicht op een revolutie in de recycling van plastic, waardoor een mogelijke energiezuinige oplossing werd gecreëerd om plastic afval aan te pakken. Het team ontwierp het natuurlijke PETase-enzym in het laboratorium om ongeveer 20 procent sneller PET af te breken.

Nu heeft hetzelfde trans-Atlantische team PETase en zijn ‘partner’, een tweede enzym genaamd MHETase, gecombineerd om veel grotere verbeteringen te genereren: simpelweg het mengen van PETase met MHETase verdubbelde de snelheid van PET-afbraak en bouwde een verbinding tussen de twee enzymen en creeerde een ‘super-enzym’. Dit verhoogde deze activiteit met nog eens drie keer.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences.

Het team werd mede geleid door de wetenschappers die PETase ontwikkelden, professor John McGeehan, directeur van het Center for Enzyme Innovation (CEI) aan de Universiteit van Portsmouth, en Dr. Gregg Beckham, Senior Research Fellow bij het National Renewable Energy Laboratory (NREL) in de VS.

Professor McGeehan zei: “Gregg en ik waren aan het praten over hoe PETase het oppervlak van de kunststoffen aanvalt en MHETase de dingen verder hakt, dus het leek natuurlijk om te zien of we ze samen konden gebruiken, door na te bootsen wat er in de natuur gebeurt.

“Onze eerste experimenten lieten zien dat ze inderdaad beter samen werkten, dus besloten we om ze fysiek met elkaar te verbinden, zoals twee Pac-mannen verbonden door een touwtje.

“Het kostte veel werk aan beide kanten van de Atlantische Oceaan, maar het was de moeite waard – we waren verheugd om te zien dat ons nieuwe chimere enzym tot drie keer sneller is dan de natuurlijk ontwikkelde afzonderlijke enzymen, waardoor nieuwe wegen worden geopend voor verdere verbeteringen. “

De oorspronkelijke ontdekking van het PETase-enzym luidde de eerste hoop in dat een oplossing voor het wereldwijde probleem van plasticvervuiling binnen handbereik zou kunnen liggen, hoewel PETase alleen nog niet snel genoeg is om het proces commercieel haalbaar te maken om de tonnen afgedankte PET-flessen op de planeet te verwerken.

Door het te combineren met een tweede enzym, en samen te ontdekken dat ze nog sneller werken, is er weer een sprong voorwaarts gemaakt naar een oplossing voor plastic afval.

PETase en het nieuwe gecombineerde MHETase-PETase werken beide door PET-plastic te verteren en het terug te brengen naar zijn oorspronkelijke bouwstenen. Hierdoor kunnen kunststoffen eindeloos worden gemaakt en hergebruikt, waardoor we minder afhankelijk worden van fossiele bronnen zoals olie en gas.

Professor McGeehan gebruikte de diamanten lichtbron in Oxfordshire, een synchrotron die intense röntgenstralen gebruikt die 10 miljard keer helderder zijn dan de zon om als microscoop te fungeren die krachtig genoeg is om individuele atomen te zien. Hierdoor kon het team de 3D-structuur van het MHETase-enzym oplossen, waardoor ze de moleculaire blauwdrukken kregen om een ​​sneller enzymsysteem te ontwikkelen.

Het nieuwe onderzoek combineerde structurele, computationele, biochemische en bio-informatica-benaderingen om moleculaire inzichten in de structuur en hoe het functioneert te onthullen. De studie was een enorme teaminspanning waarbij wetenschappers op alle niveaus van hun carrière betrokken waren.

Een van de meest junior auteurs, Rosie Graham, een gezamenlijke promovendus van Portsmouth CEI-NREL, zei: “Mijn favoriete onderdeel van het onderzoek is hoe de ideeën beginnen, of het nu bij de koffie is, in een trein naar het werk of wanneer je door de universiteitscorridors rijdt.”

“Het is echt een geweldige kans om te leren en te groeien als onderdeel van deze samenwerking tussen het VK en de VS en nog meer om bij te dragen aan een ander verhaal over het gebruik van enzymen om enkele van onze meest vervuilende kunststoffen aan te pakken.”