Накопление пластиковых отходов в окружающей среде является огромной экологической проблемой. Полиэтилентерефталат (ПЭТ) составляет 12% мировых твердых отходов. Ферменты, расщепляющие ПЭТ (ПЭТ-гидролазы), были созданы ранее, но имеют практические ограничения из-за низкой скорости реакции и определенных диапазонов рН и температуры. Теперь ученые применили алгоритм машинного обучения для разработки активной ПЭТ-гидролазы. Новый фермент FAST-PETase способен расщеплять пластмассы, на разложение которых обычно уходят столетия, всего за несколько часов и дней. Исследование вышло в журнале Nature.

Модель машинного обучения применили при создании новых мутаций ПЭТазы дикого типа, которые позволяют бактериям разлагать пластик. Модель предсказывает, какие мутации в этих ферментах помогут быстро деполимеризовать бывшие в употреблении пластиковые отходы при низких температурах.

Авторы доказали эффективность нового фермента. Они продемонстрировали, как необработанный постпотребительский ПЭТ из 51 типа пластика может быть почти полностью разложен FAST-PETase за одну неделю. Они также показали «процесс переработки ПЭТ замкнутого цикла» с использованием FAST-PETase и повторного синтеза ПЭТ из восстановленных мономеров. Новый фермент действует при температуре менее 50°C и способен расщеплять некоторые формы пластика всего за 24 часа.

«Эта работа действительно демонстрирует силу объединения различных дисциплин, от синтетической биологии до химического машиностроения и искусственного интеллекта», — сказал профессор из Техасского университета в Остине Эндрю Эллингтон, чья команда руководила разработкой модели машинного обучения.

ПЭТ – термопластик, который используется для упаковки большинства потребительских товаров, включая контейнеры для печенья, бутылки из-под газированных напитков, а также для производства текстиля.

Фото: Unsplash