星期五, 五月 18th, 2018

科學家創造突變酵素 可「真正意義上做到寶特瓶塑膠完全回收」

英國衛報報導,科學家意外創造出一種能夠分解寶特瓶的突變酵素。此突破有機會實現完全回收寶特瓶,進而幫助解決全球塑膠污染危機。


美國國家再生能源實驗室(NREL)兩位科學家Bryon Donohoe和Nic Rorrer,正在一個塑膠瓶上切取試樣,測試新發現的酵素如何更有效的分解塑膠。圖片來源/Dennis Schroeder;NREL

意外發現塑膠分解關鍵酵素

2016年,自然演化而來的塑膠分解細菌(Ideonella sakaiensis 201-F6)在日本垃圾場首次被發現。延續這個研究,科學家們現在找出這種細菌所產生關鍵酵素的詳細結構。

一支國際研究團隊試著修改塑膠分解細菌的酵素,以瞭解它的演化過程。但是測試結果顯示,他們無意間將酵素調整得更能夠分解製作軟塑膠瓶用的PET(聚乙烯對苯二甲酸酯)。

「結果我們改善了這種酵素,有點出乎意料。」主持這項研究的英國樸茨茅斯大學麥吉漢(John McGeehan)說。

迎向塑膠完全回收的未來

雖然突變酵素需要幾天的時間才能開始分解塑膠,但比起在海洋中分解需要幾個世紀,已經加速非常多。研究人員樂觀認為,這可以進一步加速,成為可行的大規模流程。

「我們想做的是用這種酵素將這種塑膠變回其原始成分,真正意義上的達到完全回收塑膠,」麥吉漢說,「這表示我們不再需要挖石油了,可以實際減少環境中的塑膠量。」


英國樸茨茅斯大學麥吉漢(John McGeehan)。圖片來源/Stefan Venter;UPIX Photography/www.upixphotography.com

全球每分鐘售出100萬個寶特瓶,回收率僅14%,許多寶特瓶最後進入海洋,連最偏遠的地方都受到污染,危害海洋生物甚至是吃海鮮的人們。就連成功回收的寶特瓶,加工後目前也只能變成服裝或地毯的不透明纖維。

新的酵素是一種將透明寶特瓶再變為新透明寶特瓶的方法,可以減少生產新塑膠的需求。這項研究發表在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)。

研究團隊使用了位於英國牛津附近的鑽石光源儀器,能用比太陽亮100億倍的高強度X光看見單顆原子。這種酵素的結構看起來跟許多細菌用來分解植物角質層的酵素很類似。當團隊嘗試修改這種酵素,卻無意間提高其分解PET的能力。


為了更了解運作機制,研究團隊製作360度的動畫,呈現出酵素PETase的晶體結構(綠色部分),PET聚合物(黃色部分)則是對接在活性位點的位置。製作/John McGeehan;University of Portsmouth

「20%的改善幅度不算太大,但這不是重點,」麥吉漢說,「重點是這表示這種酵素的潛力還沒被完全開發。我們有機會利用多年來用於其他酵素的各種技術,製造出分解速度超快的酵素。」

改良塑膠分解酵素專利申請中

工業酵素廣泛用於洗衣粉、生質燃料生產等領域,幾年內工作速度就提高了1000倍,麥吉漢希望也能用同樣速度改良塑膠分解酵素。研究團隊的專家已針對該突變酵素申請專利。

早期的研究顯示,某些真菌可以分解PET塑膠,而PET佔全球塑膠產量約20%。但是細菌比真菌更容易應用在工業用途。

其他類型的塑膠可能也會經由目前在環境中演化出的細菌分解,麥吉漢說:「人們現在正在積極尋找這種生物機制。」科學家猜測,有一天或許可以把分解塑膠的小蟲灑在海洋垃圾帶上,分解掉那些塑膠垃圾。


海洋中的塑膠污染。圖片來源/DAVID JONES

參考資料


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本文轉載自台灣環境資訊協會
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