Gli scienziati che hanno riprogettato l'enzima che mangia la plastica PETase hanno ora creato un "cocktail" enzimatico che può digerire la plastica fino a sei volte più velocemente.

Un secondo enzima, trovato nello stesso batterio che vive nella spazzatura che vive con una dieta a base di bottiglie di plastica, è stato combinato con PETase per accelerare la degradazione della plastica.

La PETase scompone il polietilene tereftalato (PET) nei suoi elementi costitutivi, creando un'opportunità per riciclare la plastica all'infinito e ridurre l'inquinamento da plastica e i gas serra che guidano il cambiamento climatico.

Il PET è il termoplastico più comune, utilizzato per realizzare bottiglie per bevande monouso, abbigliamento e tappeti e ci vogliono centinaia di anni per degradarsi nell'ambiente, ma PETase può ridurre questo tempo a giorni.

La scoperta iniziale ha aperto la prospettiva di una rivoluzione nel riciclaggio della plastica, creando una potenziale soluzione a basso consumo energetico per affrontare i rifiuti di plastica. Il team ha progettato l'enzima naturale PETase in laboratorio per essere circa il 20% più veloce nella scomposizione del PET.

Ora, lo stesso team transatlantico ha unito PETase e il suo "partner", un secondo enzima chiamato MHETase, per generare miglioramenti molto più grandi:la semplice miscelazione di PETase con MHETase ha raddoppiato la velocità di rottura del PET, e ingegnerizzare una connessione tra i due enzimi per creare un "super-enzima", aumentato questa attività di altre tre volte.

Lo studio è pubblicato sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Il team è stato co-guidato dagli scienziati che hanno progettato PETase, Professor John McGeehan, Direttore del Centre for Enzyme Innovation (CEI) presso l'Università di Portsmouth, e il dottor Gregg Beckham, Senior Research Fellow presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL) negli Stati Uniti.

Il professor McGeehan ha detto:"Gregg e io stavamo chiacchierando su come la PETase attacca la superficie della plastica e la MHETase fa a pezzi ulteriormente le cose, quindi mi è sembrato naturale vedere se potevamo usarli insieme, imitando ciò che accade in natura.

"I nostri primi esperimenti hanno dimostrato che funzionavano davvero meglio insieme, quindi abbiamo deciso di provare a collegarli fisicamente, come due Pac-men uniti da un pezzo di spago.

"Ci è voluto molto lavoro su entrambe le sponde dell'Atlantico, ma ne è valsa la pena:siamo stati lieti di vedere che il nostro nuovo enzima chimerico è fino a tre volte più veloce degli enzimi separati che si sono evoluti naturalmente, aprendo nuove strade per ulteriori miglioramenti."

La scoperta originale dell'enzima PETase ha annunciato la prima speranza che una soluzione al problema dell'inquinamento da plastica globale potesse essere a portata di mano, anche se il solo PETase non è ancora abbastanza veloce da rendere il processo commercialmente fattibile per gestire le tonnellate di bottiglie in PET scartate che sporcano il pianeta.

Combinandolo con un secondo enzima, e scoprendo che insieme funzionano ancora più velocemente, significa che è stato fatto un altro balzo in avanti verso la ricerca di una soluzione ai rifiuti di plastica.

La PETase e la nuova combinazione MHETase-PETase funzionano entrambe digerendo la plastica PET, riportandolo ai suoi elementi costitutivi originali. Ciò consente di produrre e riutilizzare la plastica all'infinito, riducendo la nostra dipendenza dalle risorse fossili come petrolio e gas.

Il Professor McGeehan ha usato la Diamond Light Source, nell'Oxfordshire, un sincrotrone che utilizza fasci intensi di raggi X 10 miliardi di volte più luminosi del Sole per agire come un microscopio abbastanza potente da vedere i singoli atomi. Ciò ha permesso al team di risolvere la struttura 3-D dell'enzima MHETase, dando loro i progetti molecolari per iniziare a progettare un sistema enzimatico più veloce.

La nuova ricerca combinava strutturale, computazionale, approcci biochimici e bioinformatici per rivelare intuizioni molecolari sulla sua struttura e sul suo funzionamento. Lo studio è stato un enorme sforzo di squadra che ha coinvolto scienziati a tutti i livelli della loro carriera.

Uno degli autori più giovani, Rosie Graham, un dottorato di ricerca congiunto Portsmouth CEI-NREL. studente ha detto:"La mia parte preferita della ricerca è come iniziano le idee, che sia davanti a un caffè, su un pendolarismo in treno o quando si passa nei corridoi dell'università può essere davvero da un momento all'altro.

"È davvero una grande opportunità per imparare e crescere come parte di questa collaborazione tra Regno Unito e Stati Uniti e ancora di più per contribuire con un altro pezzo della storia sull'uso degli enzimi per affrontare alcune delle nostre plastiche più inquinanti".

Il Center for Enzyme Innovation prende gli enzimi dall'ambiente naturale e, utilizzando la biologia sintetica, li adatta per creare nuovi enzimi per l'industria.