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一种塑料食用酶:回收利用和对抗污染的希望

研究人员发现并设计了一种酶,可以消化和消耗我们最常见的污染物质 塑料 为回收和战斗提供希望 污染

污染 塑料 是全球最大的塑料形式的环境挑战 污染 而这个问题的最佳解决方案仍然难以捉摸。最多 塑料 由石油或天然气制成,这些不可再生资源是使用能源密集型技术提取和加工的。因此,它们的制造和生产本身对脆弱的生态系统具有很大的破坏性。塑料的破坏(主要是通过焚烧)会产生空气, 和土地 污染。过去 79 年生产的塑料约有 70% 被丢弃,要么进入垃圾填埋场,要么进入一般环境,而只有约 51% 被回收,其余则被焚烧。这种焚烧过程使脆弱的工人接触到有毒化学物质,其中包括致癌物质。据说海洋中含有约 XNUMX 万亿个微塑料颗粒,正在慢慢耗尽海洋生物。一些塑料微粒在空气中被吹走,导致 污染 我们确实有可能吸入它们。在 1960 世纪 XNUMX 年代,没有人能预料到塑料的出现和普及有一天会成为一种负担,巨大的塑料废物漂浮在我们美丽的海洋、空气中,并倾倒在我们宝贵的土地上。

塑料 包装是塑料的最大威胁和最腐败的使用。但问题是塑料袋无处不在,用途广泛,而且无法控制其使用。这种合成塑料不能生物降解,只会在垃圾填埋场堆积,对环境有贡献 污染。人们已经提出了“全面禁塑”的倡议,特别是用于包装的聚苯乙烯。然而,这并没有带来预期的结果,因为塑料在陆地、空气和水中仍然无处不在,而且还在不断增长。可以肯定地说,塑料甚至可能不是肉眼一直可见的,但它无处不在!不幸的是,我们无法解决塑料材料的回收和处理问题。

在发表的一项研究 美国国家科学院会议录, 研究人员发现了一种已知的天然 以塑料为食。 这是一个偶然的发现,当时他们正在研究一种酶的结构,这种酶是在日本的一个中心准备回收的废物中发现的。 这种名为 Ideonella sakaiensis 201-F6 的酶能够“吃”或“吃掉”获得专利的塑料 PET 或聚对苯二甲酸乙二醇酯,后者最常用于数百万吨的塑料瓶。 这种酶基本上允许细菌降解塑料作为它们的食物来源。 目前没有针对 PET 的回收解决方案,并且由 PET 制成的塑料瓶在环境中可以持续数百年。 这项由朴茨茅斯大学和美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL) 团队领导的研究产生了巨大的希望。

最初的目标是确定这种天然酶(称为 PETase)的三维晶体结构,并利用这些信息来了解这种酶的工作原理。 他们使用比太阳亮 10 亿倍的强 X 射线束来阐明结构并观察单个原子。 这种强大的光束能够理解酶的内部工作,并提供正确的蓝图,以便能够设计出更快、更有效的酶。 据透露,PETase 看起来与另一种称为角质酶的酶非常相似,只是 PETase 具有特殊功能和更“开放”的活性位点,被认为可以容纳人造聚合物(而不是天然聚合物)。 这些差异立即表明 PETase 可能进化得更多,尤其是在含有 PET 的环境中,因此可能会降解 PET。 他们对 PETase 活性位点进行了突变,使其看起来更像角质酶。 接下来是一个完全出乎意料的结果,PETase 突变体能够比天然 PETase 更好地降解 PET。 因此,在了解和尝试提高天然酶能力的过程中,研究人员最终意外地设计了一种新酶,这种酶在分解PET方面甚至优于天然酶。 塑料. 这种酶还可以降解聚呋喃二甲酸乙二醇酯 (PEF),它是一种 PET 塑料的生物基替代品。这产生了解决其他底物的希望,如 PEF(聚乙烯呋喃酸酯)甚至 PBS(聚丁二酸丁二醇酯)。 酶工程和进化的工具可以不断应用以进一步改进。 研究人员正在寻找一种改进酶的方法,以便将其功能整合到强大的大规模工业设施中。 工程过程与目前用于生物洗涤洗涤剂或生物燃料制造的酶非常相似。 该技术存在,因此在未来几年内应该可以实现工业可行性。

需要进一步研究以了解本研究的某些方面。 首先,酶将较大的塑料碎片分解成较小的碎片,因此它确实支持塑料瓶的回收利用,但所有这些塑料都需要首先回收。 这种“较小”的塑料回收后可用于将它们变回塑料瓶。 这种酶不能真正在环境中“自行寻找塑料”。 一个提议的选择是将这种酶植入一些细菌中,这些细菌可以在承受高温的同时开始以更高的速度分解塑料。 此外,仍需要了解这种酶的长期影响。

这种解决塑料垃圾问题的创新解决方案将在全球范围内产生巨大影响。自从塑料本身出现以来,我们一直在努力解决塑料问题。已经有法律禁止使用单一塑料,而且再生塑料现在到处都受到青睐。即使是像在超市禁止使用塑料袋这样的小举措也已成为媒体报道的焦点。关键是,如果我们想保护我们的利益,我们就需要迅速采取行动 行星 来自塑料 污染。但我们必须在日常生活中继续采用回收利用的方法,同时鼓励我们的孩子也这样做。我们仍然需要一个好的长期解决方案,这个方案可以与我们个人的努力齐头并进。这项研究标志着解决我们所面临的最大问题之一的开始。 行星 面临。

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{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

哈里 P 等人。 2018. 塑料降解芳香聚酯酶的表征和工程。 美国国家科学院院刊。 https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115

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