Billigt att producera och länge att degradera, plast var en gång ett tillverkningsmirakel. Nu, plast är en miljöplåga, igensättning av deponier och kvävning av vattendrag. Ett japanbaserat forskargrupp har återvänt till naturen för att utveckla ett tillvägagångssätt för att förnedra det envisa ämnet. På samma sätt som ett protein binder till cellulosa i växter eller till kitin i kräftdjur för att initiera nedbrytning, ett konstruerat protein är på väg att binda till plastpartiklar i ett försök att bryta ner dem mer effektivt.

De publicerade sina resultat den 29 juni i ACS-katalys .

"Polyetylentereftalat (PET) produceras och används i stora mängder i det moderna samhället på grund av dess låga kostnad och enkla bearbetning, " sa pappersförfattaren Ryota Iino, professor vid Institutet för molekylär vetenskap (IMS) vid National Institutes of Natural Sciences (NINS). "Dock, de senaste åren, ur perspektivet att förverkliga ett hållbart samhälle, fullständig återvinning av PET i industrin och avlägsnande av PET från den naturliga miljön har blivit globala frågor. För att lösa dessa problem, det är mycket viktigt att förstå hur man bryter ned PET effektivt."

Forskarna undersökte och konstruerade ett enzym klonat från ett bibliotek av genetiskt material som samlats in från naturen. Detta enzym – kallat PET2 – visade sig underlätta nedbrytningen av PET genom att påskynda reaktionen mellan PET:s kemiska komponenter och vatten.

Genom att använda en molekyl avbildningsanalys, laget fann att hur enzymet binder till ytan av PET faktiskt begränsade nedbrytningshastigheten.

"Vi avslöjade också att genom att introducera positiva laddningar på ytan av PET-nedbrytande enzym, bindningshastigheten till PET-ytan kan ökas, " sa Iino.

De positiva laddningarna reagerar positivt på PET-ytan, så att mer av enzymet kan binda och mer effektivt bryta ner PET. Forskarna fann också att även om konstruerad PET2 visade hög termisk stabilitet och högsta aktivitet vid 68 grader Celsius - något lägre än vad de flesta köksugnar kan gå - kan det vara mer effektivt vid högre temperaturer där PET:s molekylära bindningar blir mer flexibla och brytbara.

"Vårt slutmål är att skapa en bakterie som kan känna av PET i miljön, gå mot det, och försämra det, ", sa Iino. En sådan bakterie skulle då kunna förvandla den nedbrutna PET till energi användbar för andra organismer, fungerar effektivt som en automatiserad återvinningscentral för plast. "I naturen, kitin och cellulosa återvinns på detta sätt."

Iino är också knuten till School of Physical Sciences vid The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI). Andra bidragsgivare inkluderar Akihiko Nakamura, Institutionen för tillämpad livsvetenskap, Jordbruksfakulteten, Shizuoka University, och Shizuoka Institute for the Study of Marine Biology and Chemistry; och Naoya Kobayashi och Nobuyasu Koga, Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS), NINS. Koga är också anslutet till IMS, NINS, och SOKENDAI.

Det ledande initiativet för utmärkta unga forskare, utbildningsministeriet, Kultur, Sporter, Vetenskap, och teknologi i Japan, Sumitomo Foundation, och ExCELLS Special Collaboration Program stödde denna forskning.