Фермент из компоста разлагает полиуретан и полиамид

Ученые из Дании совершили прорыв в рециклинге, который поможет перерабатывать самые стойкие пластики

Международная группа исследователей из Орхусского университета (Дания) и Датского технологического института обнаружила фермент CCPUR1, способный разлагать полиуретан и полиамид — два типа пластика, которые считаются одними из самых сложных для переработки. Результаты работы опубликованы в журнале Angewandte Chemie.

Вторичная переработка полиуретана и полиамида на промышленном уровне практически не налажена — большая часть таких отходов сжигается или отправляется на свалки. Поиск фермента велся методом биопроспекции — исследователи искали не в генетических базах данных, а в природных образцах. Андреас Моллебьерг предположил, что подходящие бактерии стоит искать в теплых местах, где пластик присутствовал долгое время. Вместе с коллегами он собрал образцы на огромной свалке в Кении, в тропическом зоопарке Раннерс Регнсков, в кишечнике личинок восковой моли и, наконец, в компостной куче на перерабатывающем центре в 10 километрах от кампуса.

Из миллионов бактерий удалось выделить 29 штаммов, разлагающих пластик, и 12 работающих ферментов: десять — против полиуретана и два — против полиамида. Лучшим оказался CCPUR1, произведенный бактерией Chelatococcus composti из компостной кучи. Его преимущество — он позволяет захватывать крупные запутанные молекулы пластика. Кроме того, фермент устойчив к высоким температурам и растворителям, что, вероятно, связано с условиями жизни бактерии: компост может нагреваться до 80°C и содержит трудноразлагаемые растительные соединения, такие как воск и лигнин.

Однако скорость работы фермента пока далека от промышленных требований. За три дня CCPUR1 разложил менее 1% порошкообразного пеноматериала из матраса. В новом исследовании ученые совместно с Университетом Порту модифицировали фермент с помощью компьютерного моделирования и направленного редактирования ДНК. Улучшенная версия за три дня без предварительной обработки разложила около 1,4% полиуретана из пеноматериала реальной подошвы обуви.

По словам исследователей, главное преимущество ферментов — работа в мягких условиях, при более низких температурах и давлении, чем в большинстве современных технологий переработки. Остальные 11 ферментов также могут найти применение: они эффективны на мелких фрагментах пластика и способны дополнять CCPUR1 в составе «коктейля» из ферментов.

Пока решение не готово к промышленному масштабу. Ученые предполагают, что ферментативное разложение придется сочетать с механической и химической предварительной обработкой, чтобы сделать пластик более «удобоваримым». Тем не менее открытие подтверждает: природа уже создала инструменты для борьбы с пластиковым загрязнением, и их остается лишь доработать.

Earth.com.
Фото onlinelibrary.wiley.