Ферменты, «переваривающие» пластик, облегчают проблему отходов

То, что Янник Брансон держит в руках в лаборатории Университета Грайфсвальда, сначала выглядит непримечательно: Клочки поролона от старой подушки и маленькая пробирка с темно-коричневой жидкостью. За этим стоит важный вопрос: что делать с растущим во всем мире количеством пластиковых отходов? Один из подходов: подобно перевариванию пищи, ферменты могли бы расщеплять пластик на составляющие, чтобы из него можно было перерабатывать новые пластмассы.

«На самом деле это очень распространенная или горячая тема в настоящее время», – говорит аспирант Института биохимии Грайфсвальдского университета. Он является членом команды, которая обнаружила три фермента, способных расщеплять полиуретан на составляющие. Полиуретан встречается в матрасах, изоляционных материалах, а также в тренажерах – или в подушках, как лоскутки пены Брэнсона. 

Ферменты расщепляют полимеры на составные части

После предварительной химической обработки материал превращается в несколько неаппетитно выглядящую жидкость. По словам Брэнсона, часть из них может быть использована повторно, а часть расщепляется ферментами на основные строительные блоки. «В целом, создана основа для полномасштабной переработки». Пластмассы состоят из цепочек молекул – так называемых полимеров. Если разложить их на составные части, то из них можно получить новые пластмассы.

Кристиан Зоннендеккер из Института аналитической химии Лейпцигского университета хвалит поиск ферментов в Грайфсвальде как очень старательный. «Впечатляющие результаты также могут быть достигнуты». Сам Зоннендеккер работает над веществом, которое знакомо нам по повседневной жизни в виде пластиковых бутылок, пленок или другой легкой упаковки: ПЭТ (полиэтилентерефталат).

Вместе со своей командой он обнаружил фермент, способный особенно быстро разлагать ПЭТ. Они нашли его на кладбище. Там ученые взяли определенные образцы компоста из листьев и обнаружили в одном из них чертеж фермента PHL7, который разлагал ПЭТ в лаборатории с рекордной скоростью.

Это ферменты

Ферменты отвечают за метаболизм всех живых организмов – будь то люди, животные, растения, грибы или бактерии, – объясняет Уве Борнсхойер, возглавляющий группу биотехнологии и ферментного катализа в Грайфсвальде. Они расщепляют наш завтрак, например, расщепляя крахмал, жиры и белки. «И мы можем использовать их в области биотехнологии. Этот принцип можно перенести на пластик.

Уже существуют химические процессы для расщепления полиуретана. Но они требуют высоких температур, высокого давления и, следовательно, большого количества энергии. Открытые сейчас ферменты справляются с расщеплением в так называемых мягких условиях – то есть при нормальном давлении и температуре до 40 градусов. «Здесь есть два важных преимущества», – объясняет Борнсхойер. «Я экономлю энергию для процесса и в то же время имею хороший доступ к строительным блокам, поэтому могу добиться вторичной переработки пластика».

Он сравнивает ферменты, найденные его командой из Грайфсвальда, с иголкой в стоге сена. По словам исследователей, они проверили около двух миллионов кандидатов. Однако, по словам Борнсхойера, пройдет несколько лет, прежде чем полученные результаты можно будет использовать в промышленных масштабах. 

Миллионы проверенных кандидатов 

Команда работает совместно с одной компанией. Поливиниловые спирты (ПВА), которые используются в качестве пленки для упаковки, уже были разложены с помощью ферментов, о чем группа Борнсхойера недавно сообщила в журнале «Angewandte Chemie». 

В Лейпциге говорят, что вскоре они будут использовать результаты собственных исследований в рамках начинающей компании. Во Франции, например, они уже работают над переработкой ПЭТ с использованием ферментов в промышленных масштабах. Зоннендеккер говорит, что они надеются, что их собственный фермент будет работать гораздо быстрее.

Однако исследователь осознает ограничения этого процесса. Он считает, что не будет разумного варианта ферментативной переработки для всех распространенных пластмасс. Борнсхойер, биохимик из Грайфсвальда, также предполагает, что ферменты не являются панацеей против наводнения пластика. 

Он указывает, например, на пластиковые отходы в океанах. «Это грехи прошлого». В настоящее время в мире производится примерно 360 миллионов тонн пластика. И тенденция растет: «Каждый год производится еще около 20 миллионов тонн».