全球每年生產約4億噸塑料，這一數字每年以4%左右的速度增長。它們制造過程中產生的排放是導致氣候變化的因素之一，它們在生態(tài)系統中無處不在，導致了嚴重的生態(tài)問題。
其中最常用的是PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)，它在許多包裝和飲料瓶中都有。隨著時間的推移，這種材料磨損成越來越小的顆粒——所謂的微塑料——這加劇了環(huán)境問題。PET已經占到全球塑料產量的10%以上，而且回收利用稀缺且效率低下。現在，來自巴塞羅那超級計算中心-國家中心Supercomputación (BSC-CNS)的科學家們，與CSIC催化和石化研究所(ICP-CSIC)和馬德里康普頓斯大學(UCM)的研究小組一起，開發(fā)了能夠降解PET微塑料和納米塑料的人造蛋白質，并將其還原為基本成分，這將使它們能夠被分解或回收。他們使用了一種來自草莓?？?Actinia fragacea)的防御蛋白，并在使用計算方法設計后添加了新功能。研究結果發(fā)表在《自然催化》雜志上。
擴大自然
“我們正在做的事情就像給一個人增加手臂一樣，”Víctor Guallar解釋說，他是BSC的ICREA教授，也是這項研究的作者之一。這些臂只由三種氨基酸組成，就像剪刀一樣能夠切割小的PET顆粒。研究人員解釋說，在這種情況下，它們被添加到一種來自?？牡鞍踪|中，這種蛋白質原則上缺乏這種功能，在自然界中“起著細胞鉆孔、打開毛孔和防御機制的作用”。
機器學習和超級計算機(如BSC的MareNostrum 4)用于這種蛋白質工程，可以“預測粒子將在哪里結合，以及我們必須將新氨基酸放置在哪里，以便它們發(fā)揮作用，”瓜拉爾總結道。由此產生的幾何形狀與酒井Idionella sakaiensis細菌中的PETase酶非常相似，后者能夠降解這種塑料，并于2016年在日本的一家包裝回收廠被發(fā)現。
結果表明，這種新蛋白質能夠降解PET微塑料和納米塑料，“在室溫下，其效率比目前市場上的PETases高5到10倍，”瓜拉爾解釋說。其他方法需要高于70°C的溫度才能使塑料更易于成型，這會導致高二氧化碳排放并限制其適用性。此外，選擇這種蛋白質的孔狀結構是因為它允許水通過，而且它可以固定在類似于海水淡化廠使用的膜上。這將有助于其以過濾器的形式使用，“可以用于凈化工廠來降解那些我們看不見的顆粒，但這些顆粒很難消除，而且我們會攝入，”負責這項研究的ICP-CSIC研究教授曼紐爾·費雷爾說。
允許凈化和/或回收的設計
這種新蛋白質的另一個優(yōu)點是根據新氨基酸的位置設計了兩種變體。結果是，每一種都會產生不同的產品。其中一種變體可以更徹底地分解PET顆粒，因此它可以用于污水處理廠的降解。另一種方法產生回收所需的初始組件。“通過這種方式，我們可以根據需要提純或回收，”勞拉Fernández López解釋說，她正在CSIC催化與石油化學研究所(ICP-CSIC)撰寫博士論文。
根據研究人員的說法，目前的設計可能已經有了應用，但是“蛋白質的靈活性，就像一個多用途工具一樣，將允許添加和測試新的元素和組合，”馬德里康普頓斯大學的Sara García Linares博士解釋說，他也參與了這項研究。Ferrer總結道:“我們正在尋找的是將大自然提供的蛋白質和機器學習的潛力與超級計算機結合起來，產生新的設計，使我們能夠實現健康的零塑料環(huán)境。”
“計算方法和生物技術可以讓我們找到許多影響我們的生態(tài)問題的解決方案，”瓜拉爾總結道。
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2023-10） | 
