Можете ли вы представить себе, что можно уничтожить микропластик, загрязняющий окружающую среду, с помощью всего лишь одной молекулы? Именно этого добилась группа учёных, создавших искусственный белок, способный разлагать определённые виды пластика.
Микропластик, мелкие пластиковые частицы размером менее 5 миллиметров, стали темой, вызывающей большую обеспокоенность во всем мире. Эти крошечные частицы поступают в основном из повседневных товаров, таких как упаковка, текстиль и средства личной гигиены, и попадают в наши экосистемы в результате износа и разложения более крупных пластиковых изделий.
Пластик, вероятно, является одним из наиболее значимых индикаторов антропоцена. Несколько лет назад новость об обнаружении микропластика в самых неожиданных местах была встречена с удивлением: в растениях, в дождевой воде, во льдах Антарктиды, в морских животных и даже в нашей крови и грудном молоке. Парадоксально, но мы достигли точки, когда каждое новое открытие уже никого не удивляет. Учитывая все, что известно сегодня, почти уместнее спросить, где его нет.
Борьба с загрязнением микропластиком является глобальным приоритетом, и наука предпринимает смелые шаги для решения этой глобальной проблемы. Ликвидация или, по крайней мере, сокращение использования пластика, особенно одноразового пластика, является одной из важнейших мер по предотвращению его присутствия в природной среде, но она не решает уже существующую проблему, которая опасна не только в само по себе, но также способствует другим нежелательным последствиям, таким как содействие переносу инвазивных видов или распространению инфекционных заболеваний.
Таким образом, устранение пластика, который уже встречается в естественной среде, становится целью, приоритетом, и наука может внести большой вклад.
Открытие, «сделанное в Испании»
В этом критическом контексте испанские ученые во главе с Виктором Гуальяром из Суперкомпьютерного центра Барселоны, Мануэлем Феррером из Института катализа и химии нефти CSIC и Сарой Гарсия-Линарес из Мадридского университета Комплутенсе объединили свои усилия и знания в области биотехнологии и молекулярной биологии и сумели синтезировать искусственный белок, способный разлагать определенные виды микропластика.
Процесс создания искусственного белка основан на природном белке FraC, присутствующем в некоторых бактериях. Исследователи, используя методы искусственного интеллекта, провели модификации в структуре этого белка, превратив его в узкоспециализированный фермент, способный разрывать химические связи в микропластике. Эта модификация осуществляется на молекулярном уровне и необходима для того, чтобы искусственный белок действовал как эффективный инструмент разложения микропластика.
Белок, который переваривает пластик
Процесс разложения, известный как гидролиз, имеет решающее значение для разрушения микропластика. Несмотря на устойчивость микропластика к разложению, действие этого искусственного белка открывает новую перспективу. Этот процесс включает в себя образование все более мелких и менее вредных фрагментов по сравнению с исходным микропластиком.
Это открытие демонстрирует важность междисциплинарного сотрудничества в научных исследованиях. Объединение биотехнологии и молекулярной биологии вместе с суперкомпьютерными технологиями позволило решить сложную экологическую проблему инновационным способом. Процесс создания и модификации белков на молекулярном уровне является проявлением возможностей генной инженерии и синтетической биологии в решении глобальных экологических проблем.
Чтобы оценить эффективность разработанного искусственного белка в разложении микропластика, ученые провели сравнение с эталонными ферментами, которые уже известны своей способностью разлагать некоторые пластики, в частности полиэтилентерефталат (ПЭТ) .
Результаты сравнений раскрывают и подчеркивают уникальность искусственного белка в его способности бороться с микропластиком. В частности, один из разработанных белков под кодовым названием npFraCm1 демонстрирует заметную разницу в профиле разложения по сравнению с эталонными ферментами. В то время как эталонные ферменты имеют тенденцию производить только меньшие фрагменты того же ПЭТ (TPET), новый фермент расщепляет его, образуя этилентерефталат (ЭТЕ) в качестве основного продукта разложения, гораздо более простой остаток с молекулярной точки зрения, который легче разлагать и обрабатывать.
Это доказывает, что разработанные искусственные белки эффективны при разложении микропластика и, кроме того, имеют уникальный профиль разложения. Способность npFraCm1 предотвращать образование ТПЭТ особенно многообещающа, поскольку это продукт разложения, который может сохраняться в окружающей среде.
Первый шаг на долгом и многообещающем пути
Работа, в которой участвовали докторанты Ана Роблес-Мартин, Рафаэль Амиго-Санчес и доктор Лаура Фернандес-Лопес, была опубликована в престижном журнале Nature и открывает путь к большому количеству возможных приложений. Если эти белки будут оптимизированы, это может привести к созданию целого поколения продуктов, эффективных для разложения микропластика в различных условиях.
Эти ресурсы могут быть использованы для очистки сточных вод, их использования на заводах по переработке отходов и даже, возможно, в крупномасштабных мероприятиях. Хотя для этого необходимо знать целесообразность масштабирования производства этих белков, их воздействие на окружающую среду и влияние продуктов, образующихся в результате деградации. По мере развития исследований должны появиться меры регулирования в отношении этих систем.
Следовательно, это не что-то, что не требует немедленного применения. Путь впереди еще долгий, но это открытие действительно обещает будущее. Наука продолжает демонстрировать свою способность находить инновационные решения наиболее острых экологических проблем, и этот случай является обнадеживающим примером того, что возможно, когда научное любопытство сочетается с обязательством защитить нашу планету.
