新型酶可进一步分解塑料垃圾至有价值的简单分子

过去的研究已经证明，酶是可以用来分解普通塑料的，比如用于从饮料瓶到洗发水容器的PET。为了更好地实现塑料垃圾的循环经济，科学家们现在发现了一种新的酶，它可以进一步分解这一过程留下的关键塑料成分之一，留下可以重新用于新产品的简单分子。

2016年，日本的科学家发现了一种细菌，它对PET塑料有天然“胃口”，利用酶就可以在几周内将其分解。英国朴茨茅斯大学（University of Portsmouth）的研究人员随后成功地设计出了这种酶的一个性能更好的版本，称为PETase，并在2020年将其与另一个名为MHETase的酶结合，形成了一种超级酶，可以以6倍的速度消化PET塑料。

然而，上述“消化”过程是不完全的，会剩下PET的两种化学组成部分，乙二醇（EG）和TPA，其中后者遗留的问题更大一些。而如今这项发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的新研究就描述了接下来的步骤，特别是处理TPA的步骤。

现在，美国西北大学领导的一个团队已经为一种技术提供了基础，该技术可以增强一种酶的作用，这种酶可以将用于制造汽水瓶和廉价服装（以及商业上称为PET）的塑料分解成其基本部分，这一进展可以帮助工程师开发从河流和海洋中去除微塑料的解决方案。

他们的研究结果将于周一（3月21日）发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，并将推动生物技术、生物修复和医学领域的突破。

西北大学的莫妮卡·奥尔维拉·德拉克鲁斯是这篇论文的资深作者，她解释说，在回收过程中，塑料会被加热、分解，然后再被重建成更弱、质量更差的塑料。但在向上循环的过程中，将聚合物分解成基本成分有时会使它们变得比以前更坚固。

奥维拉·德拉克鲁斯的团队希望创造尽可能环保的升级过程：一种不产生污染物，而是将其清除的方法。利用一种可以在实验室合成的酶，研究人员开发了一种不使用其他可重复使用的溶剂的工艺。

奥尔维拉·德拉克鲁兹说，人们发现了一种酶——一种细菌，它通过食用聚酯来生存，并将其转化为单体单元。但他们无法使用它，因为它在特定温度下会分解。我们的想法是构建能够包裹这种酶的聚合物，以保护其结构，使其在活细胞外和实验室中，在足够高的温度下继续发挥功能，从而能够分解PET。

在这项研究中，研究团队设计了一种聚合物和有效保护这种酶（称为PETase）所需的条件，这样当结构被加热时，PETase就不会分解并失效。该聚合物由疏水（拒水）主链及其三种组分的高比浓度组成，由第一作者兼博士生Curt Waltmann计算，与酶上的活性位点特异性相互作用。

Waltmann发现，聚合物中带太多负电荷意味着酶会溶解在水中，聚合物无法覆盖足够多的酶表面来保护它。他还必须小心，不要在聚合物中加入太多疏水性成分，这样聚合物就不会包裹在自己身上，而是包裹在PETase表面上。

在使用一种叫做自由基聚合的技术合成聚合物后，它会迅速将单体连接在一起，然后与化学合成的酶混合。

Olvera de la Cruz说：“我们发现，如果你把聚合物与酶的复合物放在一起，靠近塑料，然后稍微加热，酶就能将其分解成小的单体单元。除了在可以清洁微塑料的环境中操作外，我们的方法还可以防止高温降解。”

通过找到一种保护酶不受热的方法，该团队为研究界打开了许多大门。该团队的目标是将整个微塑料封装在结构中，然后用这些酶制备微塑料聚集体。

美国能源部发起了一项计划，为减少塑料废物的聚合物更新循环项目提供资金，奥尔维拉·德拉克鲁斯说，她的项目将有助于推动该计划的进展。

Olvera de la Cruz说，你可以用这些单体单元制造一种新的聚合物，这些都是对我们的健康有害的危险事物。我们不需要制造更多。你可以重复使用已经在这里的塑料，以制造同样好的塑料，甚至更好。