Французы вывели «пожирателя» пластика

«Сделаем Землю великой снова. Оставим пластик в прошлом», – написано на плакате участника одиночного пикета в центре Лондона. Фото Андрея Ваганова

Именно из этого полиэфирного материала, 90% которого приходится на терефталевую кислоту с токсичными ароматическими группами, делаются те самые пластиковые бутылки и бутылочки. Постепенно и неуклонно они разрушаются под физико-химическими воздействиями. В итоге микрочастицы PET с водой попадают в почву, растения и животных и соответственно в наши организмы. Для решения проблемы голландцы еще в 2017 году образовали компанию с характерным названием «Cleanup Ocean». Известная фирма спортинвентаря уже произвела миллион пар кроссовок, используя при этом переработанный пластик.

Ученым уже давно был известен фермент, разлагающий PET, – так называемый LLC. Но он «работал» медленно. Приходилось предварительно пластик нагревать, а это приводило к разрушению фермента. И вот, кажется, французские ученые решили эту проблему. По крайней мере эффективность расщепления тонны PET-пластика всего за 10 часов составила 90%. В чем же секрет французского фермента?

Сотрудники университета в Тулузе описали в журнале Nature свой опыт создания фермента деполимиразы, разрушающего РЕТ. Французы отталкивались от известных ферментов гидролаз, начав от ВТА, используемого клетками микробов, обитающих в горячих источниках. Большой интерес не так давно вызвало открытие японских микробиологов. На свалке пластиковых отходов близ г. Сакай они обнаружили микроб Idionella sakaiensis с энзимом, расщепляющим бутылочный пластик. Правда, производительность «мусорного» микроба оказалась невелика.

И тут-то на сцену вышел фермент компостных ям, в которых перерабатываются с целью получения растительного удобрения листья. Отсюда и название – LCC (Leaf Compost Cutinase). Кутиназа необходима для переработки поверхностной воскообразной кутины (от лат. cutis – кожа, эпидермис; ср. кутикула), покрывающей листья и защищающей их от проникновения воды. Даже в своем диком виде LCC оказался в 36 раз производительней всех других энзимов, перечисленных выше. Но все равно мало подходил для производственных нужд переработки больших количеств пластика.

Тулузцы обратились к структуре фермента, обратив внимание на контактную поверхность взаимодействия белка с РЕТ. Удалось выяснить положение аминокислот в активном центре LCC, выделив особо 15 из них. Они входят в контактную оболочку в бороздке, в которой удерживается и расщепляется цепочка РЕТ. Обратившись затем к гену энзима, ученые отобрали 11 аминокислот для адресного мутирования. Последующий перебор 209 вариантов показал, что 75% из них показывали менее 48% активности «дикого» фермента, и лишь 25% оказались перспективными.

Дальнейшая работа с заменами аминокислот привела к резкому повышению термостабильности LCC, а также расщепляющей способности: требуется всего лишь 3 мг энзима на грамм пластика. Французы считают, что им удалось получить оптимизированный вариант высокоэффективного фермента, который может широко применяться на заводах по переработке РЕТ. Они полагают также, что продукты пластика, подвергшегося биоресайклингу, ничем не отличаются от исходных петрохимических (получаемых из нефти). Поэтому полиэтилен и терефталевая кислота могут использоваться в других синтезах. Теперь надо искать микробные «биореакторы», которые могут оказаться полезными в переработке миллионов тонн других пластиков, отличающихся от РЕТ.