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科学家们设计的,可以消化我们的一些最常见的塑料污染,提供了一个潜在的解决方案是世界上最大的环境问题之一的酶。

这一发现可能导致数以百万计的塑料瓶,聚对苯二甲酸乙二醇或宠物,目前仍然存在了几百年的环境吨的回收解决方案。

研究在朴次茅斯大学和美国能源部的是领导的团队 国家可再生能源实验室 (NREL),并发表在科学(PNAS)的美国国家科学院院刊。

约翰麦基恩教授 在朴茨茅斯和医生格雷格·贝克汉姆在NREL大学解决petase,一个是消化PET-最近发现的酶的晶体结构,并用这种3D信息,以了解它是如何工作的。在这项研究中,他们无意中改造的是,即使在降解塑料不同于自然界进化的一个更好的酶。

有机会获得世界上最先进的X射线光束线的一个让我们看到令人难以置信的细节petase的三维原子结构。能够看到这种生物催化剂的内部运作为我们提供了蓝图设计一种更快,更高效的酶。

教授mcgeehan,生物学和生物医学科学研究所所长

研究人员们现在正在研究进一步提高了酶,以允许它使用工业分解塑料中的一小部分时间。

教授mcgeehan,主任 生物和生物医学科学研究所 在里面 生物科学学院 在朴茨茅斯,说:“几乎没有人能够预测,因为塑料在20世纪60年代开始流行巨大的废塑料的补丁会被发现漂浮在海洋中,或在世界各地冲上了一次质朴的海滩。

“我们都在处理塑料的问题发挥了显著的一部分,但谁最终创造了这些‘神奇材料’,科学界现在必须用全面的技术在他们的处置,开发真正的解决方案。”

研究者们找到了突破的时候被检查这被认为是在日本一个废物回收中心已经发展天然酶的结构,使细菌降解塑料作为食物来源。

宠物,作为专利在20世纪40年代的塑料,在本质上已经不存在了很长时间,所以球队着手测定酶如何演变,如果有可能,以改善它。

目的是要确定它的结构,但他们最终去了一步,一不小心工程这是更好地在打破宠物塑料的酶。

“机缘巧合往往起着基础科学研究显著的作用,这里我们发现也不例外,”教授mcgeehan说。

“虽然改进不大,这种意料之外的发现表明,有进一步发展的空间提高这些酶,推动我们更接近了废弃塑料日益增长山回收解决方案。”

细节,该小组能够从结果中抽出将在寻求定制(petase)酶在大规模工业循环过程中使用非常宝贵的。这是梦幻般的,英国科学家和设施,帮助带路。

教授安德鲁·哈里森,钻石光源的首席执行长

研究小组现在可以应用蛋白质工程和演变的工具,以继续改善。

朴茨茅斯和NREL大学合作,与科学家 钻石光源 在英国,使用X射线的强烈光束比太阳作为强大到足以看到单个原子显微镜亮10十亿倍同步加速器。

使用其最新的实验室,光束线I23的petase酶的超高分辨率3D模型精致的细节生成。

教授mcgeehan说:“钻石光源最近创造了世界上最先进的X射线光束线之一,并有机会获得这一设施使我们能够看到令人难以置信的细节petase的三维原子结构。能够看到这种生物催化剂的内部运作为我们提供了蓝图设计一种更快,更高效的酶。”

钻石光源,教授安德鲁·哈里森的首席执行官表示:“与来自三个不同国家的五个机构投入,这项研究是如何开展国际合作可以帮助显著科学突破一个很好的例子。

“细节,该小组能够从在钻石I23光束线实现将是寻找定制酶大规模工业循环过程中使用了宝贵的结果画出来。这种创新的解决方案,以废塑料的影响将是全球性的。这是梦幻般的,英国科学家和设施,帮助带路。”

来自南佛罗里达和巴西坎皮纳斯大学大学计算机建模科学家的帮助下,该研究小组发现,petase看起来非常相似,角质,但它有一些不寻常的特征,包括一个更加开放的活动现场,能容纳的人订做,而不是天然聚合物。这些差异表明,petase可以在含宠物的环境已经发展到使酶降解的宠物。以检验这一假设,研究人员突变的petase活性位点,使之更像是角质酶。

那是当意外发生了 - 研究人员发现,petase突变体是比降级宠物自然petase更好。

显著,所述酶也可以降解聚乙烯呋喃二甲酸,或PEF,宠物塑料基于生物的替代物正在被誉为玻璃啤酒瓶的替代品。

高分辨率三维结构使我们能够获得清晰的画面,其中的酶抓住它的目标,然后通知计算模型的下一步进一步调查宠物退化的机理。

博士阿明瓦格纳,在菱形光源主束线科学家

教授mcgeehan说:“工程过程变得作为目前在生物洗涤剂和生物燃料的生产中使用的酶一样的 - 技术的存在,它是很好的可能性内,在未来几年,我们将看到一个工业上可行过程把宠物以及潜在的其他基板等PEF,PLA和PBS,放回原来的积木,使得它们可以被持续再循环“。

这项研究是由朴茨茅斯,NREL和大学资助 生物技术和生物科学研究理事会 (BBSRC)。

策略在BBSRC工业生物技术的头博士科林英里,说:“这是一个基于酶的详细分子水平了解能够解聚的塑料常见的类型,其在环境中长期存在非常新颖片科学的具有成为全球性问题。这将是有趣的,在此基础上,是否酶的性能得以提高,并提出适用于回收的塑料未来循环经济产业规模的应用。”

该论文的第一作者是朴茨茅斯和NREL,哈利大学奥斯汀分校的联合资助研究生。

他说:“这项研究仅仅是开始,还有更多在这方面的工作要做。我很高兴能够被解决的面对我们这个星球上最大的问题之一的国际团队的一部分。”

在上钻石,医生阿明瓦格纳I23首席科学家光束线,说:“在钻石长波长生物大分子晶体学光束线I23是一个令人难以置信的先进和独特的设施,使我们解决了通常难以表征结构。在petase的情况下,蛋白质晶体衍射真的很好,我们能够实现非常高的分辨率。而大多数已知的蛋白质结构的已被确定为第1.5和3.0之间(0.15 - 0.3纳米),我们可以从所研究的结构的一个0.92实现。它基本上使我们正在寻找更清晰,因此更容易理解。

“高分辨率三维结构使我们能够获得其中酶抓住它的目标,然后通知计算模型的下一步进一步调查宠物退化的机理清晰的画面。与在射束线I23真空环境组合的大的,弯曲的区域检测器是理想的这一工作,因为它允许高分辨率结构测定在低x射线剂量限制性不利辐射伤害效果的晶体“。

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