Het gebrek aan kennis over de moleculaire mechanismen die biokatalyse mogelijk maken, vormt een obstakel voor de ontwikkeling van biotechnologische processen die recycling van kunststoffen mogelijk maken. Een onderzoeksproject onder leiding van een team van de Universitat Jaume I heeft het mogelijk gemaakt om veelgebruikte PET-kunststoffen af ​​te breken via een natuurlijk enzym, CALB, door de pH van het medium te wijzigen. Dit opent een nieuwe manier om PET te recyclen, dat bijvoorbeeld aanwezig is in containers, flessen of allerlei soorten textiel, en genereert onschadelijke verbindingen die nuttig zijn in daaropvolgende syntheseprocessen.

De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications door een computationeel biochemieteam van het Institute of Advanced Materials (INAM) van de UJI onder leiding van Vicent Moliner en Katarzyna Świderek, in samenwerking met een groep van het Center for Cooperative Research in Biomaterials (CIC biomaGUNE) van Baskenland, onder leiding van Fernando López Gallego, en een andere van de Universiteit van Baskenland, onder leiding van Haritz Sardon. Deze laatste twee groepen voerden het experimentele deel van het project uit.

Moliner legt uit:"Aangezien synthetische polymeren historisch gezien niet bestonden, heeft de evolutie geen tijd gehad om enzymen te ontwikkelen die deze materialen kunnen afbreken." Kunststoffen hebben zeer interessante eigenschappen, waardoor ze op grote schaal in verschillende toepassingen worden gebruikt. Het is echter precies één van deze eigenschappen (hun duurzaamheid) die aanleiding geeft tot het probleem van de recycling ervan.

"Onderzoekers vragen zich af hoe ze deze efficiënt en zonder milieuproblemen kunnen recyclen. In dit opzicht is een van de doelstellingen van onze groep bij het INAM het ontwerpen van enzymen die kunststoffen kunnen afbreken. Als computationele scheikundigen hebben we de voorspellingen gedaan op basis van theoretische simulaties en onze collega's uit Baskenland voerden de experimentele demonstratie uit", zegt Moliner.

De studie was gebaseerd op een natuurlijk enzym (CALB) dat, volgens Moliner, “in tegenstelling tot de meeste enzymen, in staat is om meer dan één reactie te katalyseren; het is zeer promiscue. Zo ontdekten we dat we dit enzym niet alleen kunnen gebruiken om PET afbreken, maar door de pH van het medium te wijzigen, varieerde de structuur van het enzym en konden we twee soorten producten bereiken die moeilijk te verkrijgen zijn met traditionele synthesemethoden, en die nuttig zijn om andere te verkrijgen." P>

De INAM-onderzoeker benadrukt dat we op deze manier "een heel eenvoudig mechanisme hebben ontdekt dat ons in staat stelt een synthetisch polymeer in waterige oplossing en bij lage temperatuur af te breken, naast het controleren van de eindproducten van de reactie door simpelweg de pH te moduleren." /P>

De volgende stap, zo geeft Moliner aan, is "dieper in het onderzoek te blijven duiken om de snelheid van de reactie te verbeteren door het enzym opnieuw te ontwerpen." Een andere lijn die ze momenteel onderzoeken is het bevorderen van de afbraak van andere kunststoffen zoals polyurethaan, een ander type synthetisch polymeer dat tegenwoordig veel wordt gebruikt – een punt waarop de INAM Computational Biochemistry-groep samenwerkt met andere onderzoeksgroepen in Zweden en Denemarken. P>

Meer informatie: Katarzyna Świderek et al, Mechanistische studies van een lipase onthullen het effect van de pH op hydrolyseproducten van kleine PET-modules, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-39201-1

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door Asociacion RUVID