(奥斯汀21日综合电)美国得克萨斯大学奥斯汀分校的工程师和科学家创造了一种酶变体,可在短短几个小时至几天内分解通常需要几个世纪才能降解的塑料。
4月27日发表在《自然》杂志上的这一发现可能有助于解决世界上最紧迫的环境问题之一:如何处理堆积在垃圾填埋场并污染我们自然土地和水的数十亿吨塑料废物。
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得州大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院和自然科学学院的工程师和科学家使用机器学习模型创建了“吃塑料的酶”,以产生一种名为PETase的天然酶的新突变。
PETase酶可使细菌降解PET塑料(聚对苯二甲酸乙二醇酯),这些塑料通常用于如饼干容器、汽水瓶以及某些纤维和织物,占全球垃圾总量的12%。
据研究人员称,机器学习模型可以预测这些酶中的哪些突变将“实现在低温下快速降解废塑料的目标”。
得州大学表示,PETase酶能够完成一个“循环过程”,该过程包括将塑料分解成更小的部分,然后用化学方法将其重新组合在一起,这一过程也称为再聚合。
在某些情况下,通过这种酶的“循环过程”,这些塑料可以在短短24小时内被完全分解成单体。
研究人员研究了51种不同的塑料容器、五种聚酯纤维和织物以及由 PET制成的5种不同聚酯纤维、织物和水瓶后,证明了这种酶的有效性,并将其称为FAST-PET酶,即具有功能性、活性、稳定性和耐受性的PET酶。
可在低于50度环境下降解
FAST-PETase酶可以在低于50摄氏度的温度下进行降解,这解决了多年来科学家所研究的如何在即方便又实惠的条件下大规模制造酶的问题。这是过去15年以来,酶法回收塑料研究的一大突破。
该校化学工程系教授阿尔珀也说:“除了废物管理行业外,各行各业也可以带头开始回收其产品。这些可持续的酶法让我们得以开始设想一个真正的循环塑料经济。”
系统和合成生物学中心教授艾灵顿说:“这项工作充分展示了将不同学科结合起来的力量,从合成生物学到化学工程到人工智能。”他的团队负责引领机器学习模型的开发。
接下来,该团队计划扩大酶的生产规模,为工业和环境应用作准备。清理垃圾填埋场和绿化高废物产生行业是最明显的几种用途。另一关键的潜在用途是环境修复。该团队正在研究如何让酶清理被污染场地的方法。
全球4亿吨塑料垃圾仅10%回收
根据联合国环境规划署(UNEP)的数据,全球每年产生4亿吨塑料垃圾。
该大学表示,在全球范围内,只有不到10%的塑料被回收,并且最常用的方法是将其扔进垃圾填埋场并燃烧。然而,这种方法既昂贵又对环境有害,因为会在空气中产生有毒气体。
研究人员目前正在努力扩大这种酶的工业和环境用途,并已为该技术申请了专利,该技术可能用于清理垃圾填埋场和污染场地。
法国生物技术公司Carbios便从树叶堆肥中发现一种细菌酶,可以在摄氏70度环境、10小时内降解90%的塑胶瓶。
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