Bristen på kunskap om de molekylära mekanismer som möjliggör biokatalys är ett hinder för att utveckla biotekniska processer som möjliggör återvinning av plast. Ett forskningsprojekt ledd av ett team från Universitat Jaume I har gjort det möjligt att bryta ned allmänt använda PET-plaster genom ett naturligt enzym, CALB, genom att modifiera mediets pH. Detta öppnar upp för ett nytt sätt att återvinna PET, som finns till exempel i behållare, flaskor eller textilier av alla slag, och genererar ofarliga föreningar som är användbara i efterföljande syntesprocesser.
Resultaten publicerades i tidskriften Nature Communications av ett beräkningsbiokemiteam från Institute of Advanced Materials (INAM) vid UJI ledd av Vicent Moliner och Katarzyna Świderek, i samarbete med en grupp från Centre for Cooperative Research in Biomaterials (CIC biomaGUNE) i Baskien, ledd av Fernando López Gallego, och en annan från universitetet i Baskien, ledd av Haritz Sardon. Dessa två sista grupper genomförde den experimentella delen av projektet.
Moliner förklarar, "Eftersom syntetiska polymerer inte existerade historiskt, har evolutionen inte haft tid att utveckla enzymer som kan bryta ned dessa material." Plast har mycket intressanta egenskaper, vilket leder till deras omfattande användning i olika applikationer. Men det är just en av dessa egenskaper (deras hållbarhet) som ger upphov till problemet med att återvinna dem.
"Forskare undrar hur man kan återvinna dem effektivt och utan att skapa miljöproblem. I detta avseende är ett av målen för vår grupp på INAM att designa enzymer som kan bryta ned plast. Som beräkningskemister gjorde vi förutsägelserna baserade på teoretiska simuleringar och våra kollegor från Baskien genomförde den experimentella demonstrationen", säger Moliner.
Studien baserades på ett naturligt enzym (CALB) som, enligt Moliner, "till skillnad från de flesta enzymer kan katalysera mer än en reaktion; det är väldigt promiskuöst. Det var så vi upptäckte att vi inte bara kan använda detta enzym för att bryter ner PET, men genom att modifiera mediets pH varierade strukturen av enzymet och vi kunde nå två typer av produkter som är svåra att få fram med traditionella syntesmetoder och som är användbara för att få fram andra."
INAM-forskaren betonar att på detta sätt "har vi upptäckt en mycket enkel mekanism som gör att vi kan bryta ned en syntetisk polymer i vattenlösning och vid låg temperatur, förutom att kontrollera slutprodukterna av reaktionen genom att helt enkelt modulera pH." /P>
Nästa steg, säger Moliner, är "att fortsätta gräva djupare in i studien för att förbättra reaktionshastigheten genom att designa om enzymet." En annan linje som de för närvarande undersöker är att gå framåt i nedbrytningen av andra plaster som polyuretaner, en annan typ av syntetisk polymer som används i stor utsträckning idag – en punkt där INAM Computational Biochemistry-gruppen arbetar med andra forskargrupper i Sverige och Danmark.
Mer information: Katarzyna Świderek et al, Mekanistiska studier av en lipasavtäckande effekt av pH på hydrolysprodukter av små PET-moduler, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-39201-1
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Asociacion RUVID
