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美国科学家改造获得分解塑料的高效酶变体，最快24小时内完全降解，可实现工业规模上酶解塑料回收

生辉Agri Tech

2022-05-06

导读：你有没有想过，太平洋强台风 “烟花” 、南极冰川融化，以及更频繁袭击人类的其它自然灾害都可能与塑料污染有关？

你有没有想过，太平洋强台风 “烟花” 、南极冰川融化，以及更频繁袭击人类的其它自然灾害都可能与塑料污染有关？2021 年举行的第 26 届联合国气候变化大会明确提出，塑料生命周期与气候变化关系密切。

当前市场上出现的塑料材质通常包括：PET（聚乙烯对苯二甲酸脂）、HDPE（高密度聚乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、LDPE（低密度聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PS（聚苯乙烯）等等。根据材质不同，塑料降解时间可能为几十年、几百年，甚至数百万年不等。

其中，PET 常用于制造食品和饮料包装、纺织品和聚酯地毯纤维等，这类产品自然降解可能需要几个世纪的时间。据了解，2020 年全球瓶级 PET 市场需求约为 2876 万吨，同比增长 10.07%，继续保持近年来较高的增速。

日前，得克萨斯州 Hal S. Alper 的团队创造了一种分解塑料瓶的蛋白质，这是一种特殊的酶变体，能够将 PET 产品在一周内分解，某些情况下，分解时间仅为 24 小时。相关论文已发表在 Nature 上。

（来源：Nature）

该团队改造的酶本体是天然的‘PETase’酶，这种酶能够催化降解 PET 塑料，但是对于反应条件要求较高，温度、pH 范围都会对其有效性和反应速度产生影响，且无法直接降解未经预处理的塑料产品。

为了突破这些限制，获得高效的塑料降解酶。研究人员借助机器学习模型，通过设计、构建获得五种高效酶变体，能够在不同的环境条件下更快地降解塑料。团队将这种酶称为 FAST-PETase，其功能、活性、稳定性和耐受性相对于野生‘PETase’酶都更加出色。

FAST-PETase 酶在实际测试中表现出色。在一周内，来自 51 种不同热成型产品的未经处理的消费后 PET 几乎均完全降解。在某些实验中，塑料完全降解甚至不到 24 小时。除了降解速度快，还有更重要的一点是，该酶能够在低于 50 摄氏度的温度下发挥作用，这也就意味着它能得到更广泛的应用。

研究人员还指出，通过 FAST-PET 酶解聚合获得的单体，回收后还能够通过化学方法实现重新组装，这样一来，就形成了一个闭环的在分子水平上回收和再利用 PET 的过程。总的来说，研究结果证明了在工业规模上酶解塑料回收的可行途径。

目前，研究人员已经为这项技术提交了专利申请，接下来，团队计划扩大酶的生产规模，为工业和环境应用做准备。应用场景将包括清理垃圾填埋场和绿化废物产生率较高的行业。由于这种酶能够在低温环境下高效作业，还有一个关键的潜在用途是环境修复。

在法国，有一家以酶 PET 回收技术为核心技术的公司 ——Carbios，该公司通过专利酶进行塑料回收、解聚、纯化、再聚合，实现了塑料的循环利用。去年 6 月，Carbios、欧莱雅、雀巢、百事可乐和三得利共同宣布，利用 Carbios 的酶 PET 回收技术，成功生产出世界上第一个以废弃塑料为原料的食品级 PET 塑料瓶。

参考资料：

https://www.sciencealert.com/engineers-create-an-enzyme-that-breaks-down-plastic-waste-in-hours-not-decades
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04599-z