Goedkoop om te produceren en lang te degraderen, plastic was ooit een fabricagewonder. Nutsvoorzieningen, plastic is een milieuplaag, verstopping van stortplaatsen en verstikking van waterwegen. Een in Japan gevestigd onderzoeksteam is teruggekeerd naar de natuur om een ​​aanpak te ontwikkelen om de hardnekkige stof af te breken. Vergelijkbaar met hoe een eiwit zich bindt aan cellulose in planten of aan chitine in schaaldieren om ontbinding te initiëren, een gemanipuleerd eiwit is op weg om zich te binden aan plastic deeltjes in een poging ze efficiënter af te breken.

Ze publiceerden hun resultaten op 29 juni in ACS Katalyse .

"Polyethyleentereftalaat (PET) wordt in de moderne samenleving in grote hoeveelheden geproduceerd en gebruikt vanwege de lage kosten en het gemak van verwerking, " zei papier auteur Ryota Iino, hoogleraar van het Instituut voor Moleculaire Wetenschappen (IMS) in de National Institutes of Natural Sciences (NINS). "Echter, in recente jaren, vanuit het perspectief van het realiseren van een duurzame samenleving, de volledige recycling van PET in de industrie en de verwijdering van PET uit de natuurlijke omgeving zijn mondiale vraagstukken geworden. Om deze problemen op te lossen, het is erg belangrijk om te begrijpen hoe PET efficiënt kan worden afgebroken."

De onderzoekers onderzochten en ontwikkelden een enzym dat was gekloond uit een bibliotheek van genetisch materiaal dat uit de natuur was verzameld. Dit enzym, PET2 genaamd, bleek de afbraak van PET te vergemakkelijken door de reactie tussen de chemische componenten van PET en water te versnellen.

Met behulp van beeldvormingsanalyse met één molecuul, het team ontdekte dat de manier waarop het enzym zich aan het oppervlak van PET bindt, de afbraaksnelheid feitelijk beperkt.

"We hebben ook onthuld dat door positieve ladingen op het oppervlak van PET-afbrekend enzym te introduceren, de bindingssnelheid aan het PET-oppervlak kan worden verhoogd, ' zei Iino.

De positieve ladingen reageren gunstig op het PET-oppervlak, dus meer van het enzym kan het PET binden en effectiever afbreken. De onderzoekers ontdekten ook dat, hoewel ontwikkeld PET2 een hoge thermische stabiliteit en hoogste activiteit vertoonde bij 68 graden Celsius - iets lager dan de meeste huishoudelijke keukenovens kunnen gaan - het effectiever kan zijn bij hogere temperaturen waar de moleculaire bindingen van PET flexibeler en breekbaarder worden.

"Ons uiteindelijke doel is om een ​​bacterie te maken die PET in de omgeving kan waarnemen, ga er naar toe, en degraderen, " zei Iino. Zo'n bacterie zou dan het gedegradeerde PET kunnen omzetten in energie die nuttig is voor andere organismen, effectief optreden als een geautomatiseerd recyclingcentrum voor plastic. "In de natuur, chitine en cellulose worden op deze manier gerecycled."

Iino is ook verbonden aan de School of Physical Sciences van The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI). Andere bijdragers zijn onder meer Akihiko Nakamura, Vakgroep Toegepaste Levenswetenschappen, Faculteit Landbouw, Shizuoka-universiteit, en het Shizuoka Instituut voor de Studie van Mariene Biologie en Chemie; en Naoya Kobayashi en Nobuyasu Koga, Exploratory Research Centre on Life and Living Systems (ExCELLS), NINS. Koga is ook aangesloten bij IMS, NINS, en SOKENDAI.

Het toonaangevende initiatief voor excellente jonge onderzoekers, het ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap, en technologie van Japan, Stichting Sumitomo, en het ExCELLS Special Collaboration Program ondersteunde dit onderzoek.