De wetenschappers die het plasticetende enzym PETase hebben herontworpen, hebben nu een enzym 'cocktail' gemaakt dat plastic tot zes keer sneller kan verteren.

Een tweede enzym, gevonden in dezelfde vuilnisbewonende bacterie die leeft van een dieet van plastic flessen, is gecombineerd met PETase om de afbraak van plastic te versnellen.

PETase breekt polyethyleentereftalaat (PET) af tot zijn bouwstenen, een kans creëren om plastic oneindig te recyclen en de plasticvervuiling en de broeikasgassen die klimaatverandering veroorzaken, te verminderen.

PET is de meest voorkomende thermoplast, gebruikt om drinkflessen voor eenmalig gebruik te maken, kleding en tapijten en het duurt honderden jaren om in het milieu af te breken, maar PETase kan deze tijd tot dagen verkorten.

De eerste ontdekking schiep het vooruitzicht van een revolutie in kunststofrecycling, het creëren van een potentiële energiezuinige oplossing om plastic afval aan te pakken. Het team ontwikkelde het natuurlijke PETase-enzym in het laboratorium om ongeveer 20 procent sneller PET af te breken.

Nutsvoorzieningen, hetzelfde trans-Atlantische team heeft PETase en zijn 'partner' gecombineerd, een tweede enzym genaamd MHETase, om veel grotere verbeteringen te genereren:het simpelweg mengen van PETase met MHETase verdubbelde de snelheid van PET-afbraak, en het ontwerpen van een verbinding tussen de twee enzymen om een ​​'super-enzym' te creëren, verhoogde deze activiteit met nog eens drie keer.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences .

Het team werd mede geleid door de wetenschappers die PETase ontwikkelden, Professor John McGeehan, Directeur van het Center for Enzyme Innovation (CEI) aan de Universiteit van Portsmouth, en Dr. Gregg Beckham, Senior Research Fellow bij het National Renewable Energy Laboratory (NREL) in de VS.

Professor McGeehan zei:"Gregg en ik waren aan het kletsen over hoe PETase het oppervlak van de plastics aanvalt en MHETase de zaken verder opdeelt, dus het leek natuurlijk om te kijken of we ze samen konden gebruiken, nabootsen van wat er in de natuur gebeurt.

"Onze eerste experimenten toonden aan dat ze inderdaad beter samenwerkten, dus besloten we om te proberen ze fysiek te koppelen, als twee Pac-mannen verbonden door een touwtje.

"Het kostte veel werk aan beide kanten van de Atlantische Oceaan, maar het was de moeite waard - we waren verheugd om te zien dat ons nieuwe chimere enzym tot drie keer sneller is dan de natuurlijk ontwikkelde afzonderlijke enzymen, nieuwe wegen openen voor verdere verbeteringen."

De oorspronkelijke ontdekking van PETase-enzymen luidde de eerste hoop in dat een oplossing voor het wereldwijde probleem van plasticvervuiling binnen handbereik zou kunnen zijn, hoewel PETase alleen nog niet snel genoeg is om het proces commercieel levensvatbaar te maken om de tonnen afgedankte PET-flessen die op de planeet rondslingeren te verwerken.

Door het te combineren met een tweede enzym, en samen vinden ze nog sneller werken, betekent dat er weer een sprong voorwaarts is gemaakt in de richting van het vinden van een oplossing voor plastic afval.

PETase en de nieuwe gecombineerde MHETase-PETase werken beide door PET-plastic te verteren, het terugbrengen naar zijn oorspronkelijke bouwstenen. Hierdoor kunnen kunststoffen eindeloos worden gemaakt en hergebruikt, het verminderen van onze afhankelijkheid van fossiele hulpbronnen zoals olie en gas.

Professor McGeehan gebruikte de Diamond Light Source, in Oxfordshire, een synchrotron die intense bundels röntgenstralen gebruikt die 10 miljard keer helderder zijn dan de zon om te fungeren als een microscoop die krachtig genoeg is om individuele atomen te zien. Hierdoor kon het team de 3D-structuur van het MHETase-enzym oplossen, waardoor ze de moleculaire blauwdrukken krijgen om een ​​sneller enzymsysteem te ontwikkelen.

Het nieuwe onderzoek combineerde structurele, rekenkundig, biochemische en bioinformatica-benaderingen om moleculaire inzichten in de structuur en de werking ervan te onthullen. De studie was een enorme teaminspanning waarbij wetenschappers op alle niveaus van hun loopbaan betrokken waren.

Een van de jongste auteurs, Rosie Graham, een gezamenlijke Portsmouth CEI-NREL Ph.D. student zei:"Mijn favoriete onderdeel van onderzoek is hoe de ideeën ontstaan, of het nu over koffie is, op een treinreis of bij het passeren van de universiteitsgangen kan het echt elk moment zijn.

"Het is echt een geweldige kans om te leren en te groeien als onderdeel van deze samenwerking tussen het VK en de VS en nog meer om een ​​ander deel van het verhaal bij te dragen over het gebruik van enzymen om enkele van onze meest vervuilende kunststoffen aan te pakken."

Het Center for Enzyme Innovation haalt enzymen uit de natuurlijke omgeving en, met behulp van synthetische biologie, past ze aan om nieuwe enzymen voor de industrie te creëren.