연구자들은 가장 흔히 오염되는 물질 중 일부를 소화하고 소비할 수 있는 효소를 식별하고 조작했습니다. 플라스틱 재활용과 투쟁에 대한 희망을 제공합니다 오염
오염 플라스틱 플라스틱의 형태로 전 세계적으로 가장 큰 환경 문제입니다. 오염 이 문제에 대한 최적의 솔루션은 아직 파악하기 어렵습니다. 최대 플라스틱 에너지 집약적인 기술을 사용하여 추출 및 처리되는 재생 불가능한 자원인 석유나 천연가스로 만들어집니다. 따라서 그들의 제조 및 생산 자체는 취약한 생태계에 매우 파괴적입니다. 플라스틱의 파괴(주로 소각)로 인해 공기가 발생하고, 물 그리고 땅 오염. 지난 79년 동안 생산된 플라스틱의 약 70%가 매립지나 일반 환경으로 버려졌으며, 약 51%만이 재활용되고 나머지는 소각되었습니다. 이러한 소각 과정에서 취약한 근로자는 암을 유발하는 물질을 포함한 독성 화학물질에 노출됩니다. 바다에는 약 XNUMX조 개의 미세 플라스틱 입자가 포함되어 있으며 해양 생물이 서서히 고갈되고 있다고 합니다. 일부 플라스틱 미세 입자는 공기 중에 날아가서 다음과 같은 결과를 낳습니다. 오염 그리고 우리가 그것들을 흡입할 가능성도 있습니다. 1960년대에는 플라스틱의 출현과 인기가 언젠가 우리의 아름다운 바다와 공기에 떠다니고 소중한 땅에 버려지는 거대한 플라스틱 폐기물로 부담이 될 것이라고는 누구도 예상하지 못했습니다.
플라스틱 포장은 플라스틱의 가장 큰 위협이자 가장 부패한 사용입니다. 하지만 문제는 비닐봉지가 어디에나 있고, 작은 목적으로도 사용되고, 그 사용을 통제할 수 없다는 것입니다. 이런 종류의 합성 플라스틱은 생분해되지 않고, 매립지에 쌓여 축적되어 환경에 기여합니다. 오염. 특히 포장에 사용되는 폴리스티렌과 같은 “완전한 플라스틱 금지”를 위한 계획이 있었습니다. 그러나 플라스틱은 여전히 육지, 공기, 물 어디에나 존재하며 계속 증가하고 있기 때문에 이는 원하는 결과로 이어지지 않습니다. 플라스틱은 육안으로는 항상 보이지 않을 수도 있지만 어디에나 있다고 해도 과언이 아닙니다! 플라스틱 소재의 재활용 및 폐기 문제를 해결할 수 없다는 점은 유감스럽습니다.
에 발표 된 연구에서 미국 국립 과학 아카데미 학회 논문집, 연구자들은 알려진 자연 효소 플라스틱을 먹고 사는 것. 이것은 일본의 한 센터에서 재활용을 위해 준비된 폐기물에서 발견된 효소의 구조를 조사하던 중 우연한 발견이었습니다. Ideonella sakaiensis 201-F6이라고 불리는 이 효소는 수백만 톤의 플라스틱 병에 가장 일반적으로 사용되는 특허받은 플라스틱 PET 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 "먹거나" "먹을 수" 있습니다. 이 효소는 기본적으로 박테리아가 플라스틱을 식품 공급원으로 분해하도록 허용했습니다. 현재 PET에 대한 재활용 솔루션은 존재하지 않으며 PET로 만든 플라스틱 병은 환경에서 수백 년 이상 지속됩니다. 포츠머스 대학과 미국 에너지부의 NREL(National Renewable Energy Laboratory) 팀이 주도한 이 연구는 엄청난 희망을 불러일으켰습니다.
원래 목표는 이 천연 효소(PETase라고 함)의 10차원 결정 구조를 결정하고 이 정보를 사용하여 이 효소가 정확히 어떻게 작동하는지 이해하는 것이었습니다. 그들은 구조를 밝히고 개별 원자를 보기 위해 태양보다 XNUMX억 배 더 밝은 강렬한 X선 빔을 사용했습니다. 이러한 강력한 광선은 효소의 내부 작동을 이해하고 더 빠르고 효율적인 효소를 설계할 수 있는 올바른 청사진을 제공했습니다. PETase는 특별한 특징과 인간이 만든 폴리머(천연 폴리머 대신)를 수용하는 것으로 생각되는 보다 "개방된" 활성 부위가 있다는 점을 제외하고는 큐티나아제라는 다른 효소와 매우 유사하게 보입니다. 이러한 차이점은 PETase가 특히 PET 함유 환경에서 더 진화할 수 있고 따라서 PET를 분해할 수 있음을 즉시 나타냅니다. 그들은 PETase 활성 부위를 돌연변이시켜 큐티나아제처럼 보이게 했습니다. 그 다음은 완전히 예상치 못한 결과였습니다. PETase 돌연변이는 천연 PETase보다 PET를 훨씬 더 잘 분해할 수 있었습니다. 따라서 천연 효소의 능력을 이해하고 향상시키려는 과정에서 연구자들은 우연히 PET를 분해하는 천연 효소보다 더 나은 새로운 효소를 조작하게 되었습니다. 플라스틱. 이 효소는 또한 PET 플라스틱의 바이오 기반 대체물인 폴리에틸렌 푸란디카르복실레이트(PEF)를 분해할 수 있습니다. 이것은 PEF(폴리에틸렌 푸라노에이트) 또는 PBS(폴리부틸렌 숙시네이트)와 같은 다른 기질을 다룰 수 있다는 희망을 불러일으켰습니다. 효소 공학 및 진화를 위한 도구는 추가 개선을 위해 지속적으로 적용될 수 있습니다. 연구자들은 효소의 기능을 강력한 대규모 산업 환경에 통합할 수 있도록 효소를 개선하는 방법을 찾고 있습니다. 엔지니어링 프로세스는 현재 바이오 세척 세제 또는 바이오 연료 제조에 사용되는 효소와 매우 유사합니다. 기술이 존재하므로 산업적 실행 가능성은 향후 몇 년 내에 달성할 수 있어야 합니다.
이 연구의 일부 측면을 이해하려면 추가 연구가 필요합니다. 첫째, 효소는 더 큰 플라스틱 조각을 더 작은 조각으로 분해하므로 플라스틱 병 재활용을 지원하지만 이 모든 플라스틱은 먼저 회수해야 합니다. 회수된 이 "더 작은" 플라스틱은 플라스틱 병으로 되돌리는 데 사용할 수 있습니다. 효소는 실제로 "가서 스스로 플라스틱을 찾을" 수 없습니다. 제안된 옵션 중 하나는 이 효소를 고온을 견디면서 더 높은 속도로 플라스틱을 분해할 수 있는 일부 박테리아에 심는 것입니다. 또한, 이 효소의 장기적인 영향은 여전히 이해해야 합니다.
플라스틱 폐기물을 처리하기 위한 이러한 혁신적인 솔루션의 영향은 전 세계적으로 매우 클 것입니다. 우리는 플라스틱이 등장한 이래로 플라스틱 문제를 해결하기 위해 노력해 왔습니다. 단일 플라스틱 사용을 금지하는 법률이 있었고 이제 재활용 플라스틱이 모든 곳에서 선호됩니다. 슈퍼마켓에서 비닐봉투를 금지하는 것과 같은 작은 조치도 언론을 통해 다뤄졌습니다. 요점은 우리의 자산을 보호하려면 빠르게 행동해야 한다는 것입니다. 행성 플라스틱에서 오염. 하지만 우리는 일상생활에서 재활용을 채택하는 동시에 아이들도 그렇게 하도록 격려해야 합니다. 우리는 여전히 우리 각자의 노력과 조화를 이룰 수 있는 좋은 장기적 해결책이 필요합니다. 이번 연구는 우리가 직면한 가장 큰 문제 중 하나를 해결하기 위한 시작을 의미합니다. 행성 직면하고 있습니다.
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출처
해리 P et al. 2018. 플라스틱 분해 방향족 폴리에스터라제의 특성화 및 엔지니어링. 국립 과학 아카데미의 회보. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
