Новая система на основе белка оптимизирует повторное использование ферментов для переработки пластика

Ферментативная переработка набирает популярность в последние годы как более экологичная альтернатива традиционным методам переработки пластика, которые часто опираются на энергоемкие механические или химические процессы. Ферменты могут выборочно расщеплять полимеры, такие как ПЭТ, обычно встречающиеся в бутылках и пищевой упаковке, на их основные строительные блоки.

В этом новом исследовании ученые представили инновационную стратегию, позволяющую заманить эти ферменты в наноразмерные белковые отсеки, которые естественным образом производятся бактериями, упрощая их использование и продлевая их функциональную продолжительность жизни. Работа опубликована в журнале Journal of Hazardous Materials .

Одним из основных барьеров для промышленной ферментативной переработки является стоимость и сложность производства и восстановления ферментов. Традиционные методы иммобилизации включают несколько этапов, включая очистку ферментов и присоединение к твердым носителям.

Система, разработанная исследовательской группой, преодолевает это, встраивая фермент непосредственно в наносферы во время его экспрессии в E. coli, используя одноэтапный процесс, который объединяет производство, иммобилизацию и стабилизацию. Это значительно снижает затраты и повышает возможность повторного использования.

Технология основана на IC-Tagging, разработанном профессором Хосе Мануэлем Мартинесом Костасом и его группой в CiQUS. Она использует вирусный белок muNS-Mi, который самоорганизуется в наноструктуры внутри бактериальных клеток.

Ферменты, помеченные короткой последовательностью IC, спонтанно рекрутируются в эти отсеки, что приводит к полностью функциональным, иммобилизованным ферментам прямо из клетки-хозяина — без необходимости в хроматографии или дополнительных носителях. Хотя ранее IC-Tagging использовался для других биокатализаторов, это первый случай его применения для высокопроизводительной гидролазы ПЭТ.

Команда использовала генетически оптимизированную версию фермента LCC, известного своей высокой эффективностью в деградации ПЭТ. Их система успешно разложила реальные образцы пластика после потребления, включая пищевые лотки и лабораторную упаковку, достигнув более 90% деполимеризации менее чем за 72 часа. Более того, одну и ту же партию фермента можно было повторно использовать для двух последовательных реакций с минимальной потерей активности.

«Эти результаты превосходят то, что было достигнуто до сих пор с иммобилизованными ферментами в лабораторных масштабах», — говорит Адриан Лопес Тейхейро, первый автор исследования. «Наша система предлагает мощный инструмент для поддержки промышленного развертывания переработки ПЭТ на основе ферментов и продвижения круговой экономики для пластмасс».

Работа является частью проекта PETzyme и координируется Джеммой Эйбес (CRETUS) и Хосе Мартинесом Костасом (CiQUS). В настоящее время команда работает над масштабированием метода и изучением его потенциала с другими промышленно значимыми ферментами в таких областях, как биокатализ, переработка отходов и устойчивые материалы.

Источник: https://phys.org/news/2025-07-protein-based-enzyme-reuse-plastic.html