作者:张梦然 来源:科技日报 发布时间:2023/10/25 17:30:57
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人造蛋白质能降解瓶子中微塑料

 

西班牙巴塞罗那超级计算中心、催化和石油化学研究所和康普顿斯大学的研究团队联合开发了一种人造蛋白质,其能降解PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)微塑料和纳米塑料,并将其还原为其基本成分,从而使它们能够被分解或回收。他们使用了来自草莓海葵的防御蛋白,并通过计算方法设计后添加了新功能。研究结果发表在《自然·催化》杂志上。

全球每年生产约4亿吨塑料,这一数字每年以4%左右的速度增长。它们的制造产生的排放是导致气候变化的因素之一,它们在生态系统中的普遍存在导致了严重的生态问题。最常用的一种是PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯),它存在于许多包装和饮料瓶中。随着时间的推移,这种材料会磨损成越来越小的颗粒,即所谓的微塑料,从而加剧环境问题。PET已占全球塑料产量的10%以上,但回收稀缺且效率低下。

研究人员将该项工作形象地描绘成“像给一个人添加手臂”。这些手臂仅由3种氨基酸组成,起到剪刀的作用,能够切割小PET颗粒。研究人员解释说,在这种情况下,它们被添加到来自海葵的蛋白质中,本质上“起到细胞钻的作用,打开毛孔并充当防御机制”。

研究人员总结道,蛋白质工程中使用的机器学习和超级计算机,可“预测粒子将在哪里结合,以及我们必须在哪里放置新氨基酸,以便它们发挥作用”。由此产生的几何形状与可吞食PET的细菌Idionella sakaiensis的酶非常相似。

结果表明,新蛋白质能够降解PET微塑料和纳米塑料,在室温下,其效率比目前市场上的酶高出5至10倍。其他方法需要高于70 °C的温度才能使塑料更具可塑性,这会导致高CO 2排放并限制其适用性。此外,选择蛋白质的孔状结构是因为它允许水通过,并且因为它可固定在类似于海水淡化厂使用的膜上。这将有助于其以过滤器的形式使用,以降解那些看不到、但很难消除并被人体摄入的颗粒。

新蛋白质的另一个优点是设计了两种变体,具体取决于新氨基酸的放置位置。结果是每一种都会产生不同的产品。一种变体可更彻底地分解PET颗粒,因此可用于污水处理厂的降解。另一种变体可产生回收所需的初始成分。通过这种方式,研究人员可根据需要进行净化或回收。

 
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