Бактериальный фермент разлагает пластиковые бутылки за несколько часов

Французские ученые создали мутантный бактериальный фермент, который расщепляет пластиковые бутылки в течение нескольких часов и делает пластик пригодным для повторного использования. В течение пяти лет технологию обещают довести до промышленного использования.

По современным оценкам, из 359 миллионов тонн ежегодно производимых пластмасс 150–200 миллионов тонн в итоге оказываются на свалке или в природной среде. Наибольшую долю среди них составляет полиэтилентерефталат (ПЭТФ). Термомеханические способы его переработки ведут к потере ПЭТФ механических свойств, поэтому экономически более выгодно производить новый пластик, чем перерабатывать и повторно использовать имеющийся, что ведет к дальнейшему накоплению пластиковых отходов.

Лучшие результаты показала бактерия Ideonella sakaiensis, описанная в 2016 году японскими учеными. Эта бактерия, обнаруженная в гниющих листьях в японском городе Сакаи, обладает ферментом, разлагающим ПЭТФ. Конечными продуктами становятся терефталевая кислота и этиленгликоль, которые используются бактериальной клеткой как источник энергии и углерода. Сразу после открытия бактерия Ideonella sakaiensis получила большую известность, но после этого наступило некоторое разочарование, так как процесс разложения ПЭТФ бактериальным ферментом довольно долог, он занимает не менее шести недель.

Исследователи из Тулузского университета и компании Carbios проанализировали 100 000 микроорганизмов, у которых были отмечены способности к биологическому разложению ПЭТФ, включая Ideonella sakaiensis. По словам руководителя нынешнего исследования профессора Алена Марти (Alain Marty), лучшим кандидатом оказался бактериальный фермент, обнаруженный в лиственном компосте в 2012 году (он известен как leaf-branch compost cutinase, LCC). Ученые проанализировали этот фермент и внесли мутации, чтобы улучшить его свойства. В результате он стал стабилен при 72 °С, что близко к идеальной температуре для быстрого разложения ПЭТФ. В эксперименте оптимизированный фермент был использован для переработки тонны пластиковых бутылок. После десяти часов расщеплению подверглось 90 % ПЭТФ. Затем ученые использовали полученный материал для создания новых пластиковых бутылок пищевого качества.

Компания Carbios заключила контракт с биотехнологической фирмой Novozymes на производство нового фермента в промышленных масштабах. Для этого его будут вырабатывать генетически модифицированные дрожжевые грибы. Стоимость фермента составляет всего 4 % стоимости первичного пластика. Правда, бутылки перед ферментной переработкой должны быть измельчены и нагреты, поэтому в итоге пластик из переработанного ПЭТФ будет дороже первичного пластика. Но, по словам заместителя генерального директора Carbios Мартина Стефана (Martin Stephan), из-за нехватки поставок даже существующий низкокачественный переработанный пластик продается с наценкой. «Мы первая компания, которая представила эту технологию на рынке, — говорит Стефан. — Наша цель — начать работу в крупных промышленных масштабах к 2024–2025 году».

Исследование опубликовано в журнале Nature.