Egyetlen atom módosítása hozhat áttörést a műanyaghulladék elleni harcban

A műanyaghulladék kezelése évtizedek óta a környezetvédelem egyik legégetőbb problémája, amelyre a tudósok főleg biológiai úton, speciális enzimek segítségével próbálnak választ adni. Ennek azonban van egy technikai korlátja: az enzimek hatékonyságának növelése sokszor a szerkezeti stabilitás elvesztéséhez vezet. Az Ausztrál Nemzeti Egyetem legfrissebb kutatása viszont bebizonyította, hogy egy tűhegynyi pontosságú beavatkozás feloldhatja a dilemmát. A szakemberek a polietilén-tereftalát (PET) lebontására képes bakteriális enzimeken, az úgynevezett PETázokon hajtottak végre módosítást.

„Az enzimeket újra és újra áttervezhetjük a teljesítmény növelése érdekében, de előbb-utóbb elérünk egy ponthoz, ahol az aktivitás fokozása már csökkenti a stabilitást” – mutatott rá Dr. Elwy Abdelkader, az egyetem Kémiai Kutatóiskolájának munkatársa. A kutatócsoport erre a problémára dolgozott ki egy olyan eljárást, amelyben nem-kanonikus aminosavakat, azatriptofánokat építettek a fehérje szerkezetébe. Ezek a molekulák szinte teljesen megegyeznek a természetes triptofánnal, csupán egy szénhidrogén csoportot cseréltek bennük nitrogénatomra.

Ez az apró, molekuláris szintű módosítás elegendőnek bizonyult ahhoz, hogy az enzim közel kétszer olyan hatékonyan bontsa le a műanyagot, mint korábban, miközben a hőstabilitása változatlan marad.

A szakemberek kidolgoztak egy PETra nevű tesztet, amely a korábbi órák vagy napok helyett mindössze néhány perc alatt képes megmérni a műanyaglebontó képességet. Mivel a PET szilárd és nehezen vizsgálható, a kutatók egy olyan oldható, fluoreszkáló szubsztrátot alkalmaztak, amely utánozza a műanyag tulajdonságait. A kísérletek igazolták, hogy a teszt eredményei pontosan tükrözik a valódi, szilárd műanyagokon végzett bomlási folyamatokat, ami kulcsfontosságú a jövőbeli fejlesztések szempontjából.

A felfedezés jelentősége túlmutat a globális hulladékválság kezelésén.

A kutatók szerint a természetben megtalálható 20 alapvető aminosav keretein túllépve olyan új, mesterséges építőelemeket használhatnak, amelyek korábban elképzelhetetlen pontosságot tesznek lehetővé a fehérjék tervezésében. A szakemberek bíznak abban, hogy ugyanez a stratégia alkalmazható lesz a biotechnológia, az orvostudomány és a fenntartható ipari gyártás egyéb területein is, ahol központi kérdés a fehérjék és enzimek működésének optimalizálása.

Gábor János, NEW technology