Пластмассы естественные и неестественные

Загрязнение техногенным пластиком окружающей среды достигло глобальных масштабов. Фото Винсента Верхейена

В конце мая нынешнего года в Европе было запрещено использование одноразовой пластиковой посуды. Полиэтилен-терефталат (РЕТ), основной компонент современных пластмасс, разрушается в течение полутысячи лет. И это еще весьма оптимистическая оценка. Спасибо японцам – они открыли микроб, который с помощью фермента РЕТазы разрушает пластик. Правда, происходит это далеко не так быстро, как хотелось бы, и с низкой эффективностью. Журнал «Труды АН США» (PNAS) опубликовал статью большой интернациональной команды, в которой описывается неожиданно высокоэффективный энзим (белковый катализатор химических реакций в живых системах), полученный в результате генетической модификации «японского» микроба.

После открытия и выделения фермента РЕТазы выяснилось, что он по структуре и функции очень похож на кутиназу микроорганизмов, живущих на листьях растений. Ученые выяснили, что РЕТаза и кутиназа отличаются всего лишь одной аминокислотой в их активном центре. Замена аминокислоты и привела к резкому увеличению эффективности РЕТазы.

Кстати, опасность патогенных микробов может быть напрямую связана со сходными по действию ферментами. Многие знают, что вызывающий язвы желудка геликобактер (Helocobacter) пробивает с помощью своих энзимов естественный фосфолипидный полимер клеточных мембран, лишая их энергии для борьбы с этой бактерией. Примерно то же делает и туберкулезная микобактерия, на что указывают сотрудники университета канадской провинции Британская Колумбия, получившие кристаллическую структуру фермента Ipd. С его помощью бацилла расщепляет молекулу холестерина (PNAS).

Энзимологи знают, что при всей специфичности некоторые ферменты обратимы по своему действию. И если есть ферменты, расщепляющие полимеры, то должны быть и такие, которые их синтезируют. Еще в 2016 году PNAS сообщал, что удалось «приспособить» нитрогеназу красных водорослей, которая в норме связывает необходимый для синтеза белков и нуклеиновых кислот азот. Но после молекулярного инжиниринга энзим под действием солнца синтезирует метан и водород.

Известно также, что поликарбонатные пластики, из которых делают бутылки и линзы очков, покрытия для экранов мобильных телефонов, которые не царапаются, а также CD и DVD, сегодня получают из токсичного бифенола А (ВРА). Специалисты университета британского города Бат полагают, что поликарбонаты лучше получать из безвредного сахара глюкозы, к кольцу которой подсоединяется молекула СО2. Диоксид углерода получается в больших количествах при сжигании мусора.

Еще дальше идут ученые, предлагающие для синтеза полимеров использовать… микробы. Известно, что некоторые микроорганизмы в условиях нехватки жизненно важного для них азота синтезируют углеродный полимер РНА (полигидрооксиалконоат). На заключительной стадии этого синтеза микробы используют фермент РНА-синтазу, который можно получать биотехнологически в необходимых количествах. Один из пионеров в этой области – Крейг Вентер, в свое время предложивший ускоренный метод чтения геномов, сейчас широко используемый геномщиками, а затем создавший искусственную микробную клетку, введя ДНК в бактериальную оболочку.

Журнал New Scientist поместил статью, озаглавленную «Бактерии учат нас, как делать зеленое горючее из СО2». Об одном из способов сказано выше. Другой связан с использованием ацетил-коэнзима. Энзим как бы сдваивает два коэнзима в ацетоацетил, который под действием другого фермента дает производное масляной кислоты (бутирил). Вступающая на этой стадии синтаза дает полибутират, или «масляный» полимерный пластик.

Еще один многообещающий сахарный продукт представляет собой дезоксирибозу в соединении с тимином – одной из четырех букв генетического кода. Полимер, созданный на этой основе, будет легко разрушаться ферментами микробов. Хочется надеяться, что со временем молекулярные микробиологи все же решат вставшие перед человечеством гигантские проблемы пластикового загрязнения планеты и синтеза «естественных» пластмасс.