지구의 플라스틱 문제를 해결하는 데 도움이 되는 엔지니어링 효소

플랫폼의 유용성을 설명하기 위해 그들은 플라스틱 병에 일반적으로 사용되는 플라스틱인 폴리(에틸렌) 테레프탈레이트(PET)를 성공적으로 분해할 수 있는 효소를 설계했습니다.

최근 몇 년 동안 플라스틱의 효소 재활용은 플라스틱 폐기물과 관련된 문제를 완화하는 데 도움이 되는 매력적이고 환경 친화적인 전략으로 대두되었습니다. 플라스틱을 재활용하는 기존 방법은 많지만 효소는 잠재적으로 보다 비용 효율적이고 에너지 효율적인 대안을 제공할 수 있습니다. 또한 현재 기존 기술을 사용하여 재활용하기 어려운 혼합 플라스틱 폐기물 흐름의 특정 구성 요소를 선택적으로 분해하는 데 사용할 수 있습니다.

기술적으로는 유망하지만, 효소 플라스틱 재활용이 상업적 규모로 널리 사용되기 위해서는 극복해야 할 상당한 장애물이 있습니다. 예를 들어, 한 가지 과제는 플라스틱을 분해하는 능력이 있는 천연 효소가 일반적으로 산업 규모의 공정에 필요한 조건에서는 덜 효과적이며 불안정하다는 것입니다.

이러한 한계를 해결하기 위해 오늘 발표된 논문에서 자연촉매, 맨체스터 대학(University of Manchester)의 연구원들은 플라스틱 분해 효소의 특성을 신속하게 개선하여 대규모 플라스틱 재활용에 더 적합하게 만들 수 있는 새로운 효소 공학 플랫폼을 보고했습니다. 통합되고 자동화된 플랫폼은 하루에 약 1000개 효소 변이체의 플라스틱 분해 능력을 성공적으로 평가할 수 있습니다.

MIB에서 실험 작업을 주도한 Elizabeth Bell 박사는 플랫폼에 대해 이렇게 말합니다. '환경에 플라스틱이 축적되는 것은 세계적인 주요 과제입니다. 이러한 이유로 우리는 효소 진화 능력을 활용하여 플라스틱 분해 효소의 특성을 강화하여 이러한 문제 중 일부를 완화하는 데 도움을 주고자 했습니다. 앞으로 우리의 확장 가능한 플랫폼을 통해 대규모 플라스틱 재활용 공정에 사용하기에 적합한 새롭고 특정한 효소를 신속하게 개발할 수 있을 것입니다.'

플랫폼을 테스트하기 위해 그들은 IsPETase의 직접적 진화를 통해 새로운 효소인 HotPETase를 개발했습니다. IsPETase는 최근 발견된 Ideonella sakaiensis 박테리아가 생산하는 효소로, PET를 탄소 및 에너지원으로 사용할 수 있습니다.

IsPETase는 일부 반결정 형태의 PET를 분해하는 자연적인 능력을 갖고 있지만, 이 효소는 바람직한 공정 조건보다 훨씬 낮은 40°C 이상의 온도에서는 불안정합니다. 이러한 낮은 안정성은 반응이 PET의 유리 전이 온도(~65°C)보다 낮은 온도에서 실행되어야 함을 의미하며, 이는 낮은 해중합 속도로 이어집니다.

이러한 한계를 해결하기 위해 연구팀은 PET의 유리전이온도보다 높은 70°C에서 활성을 갖는 내열성 효소인 HotPETase를 개발했습니다. 이 효소는 이전에 보고된 효소보다 더 빠르게 반결정성 PET를 해중합할 수 있으며 적층 포장 재료의 PET 구성 요소를 선택적으로 분해할 수 있어 효소 재활용을 통해 달성할 수 있는 선택성을 강조합니다.

유기화학 강사인 Anthony Green 교수는 다음과 같이 말했습니다: 'HotPETase의 개발은 우리 효소 엔지니어링 플랫폼의 역량을 잘 보여줍니다. 이제 우리는 공정 엔지니어 및 고분자 과학자들과 협력하여 실제 응용 분야에서 우리 효소를 테스트하게 되어 기쁘게 생각합니다. , 우리 플랫폼이 광범위한 플라스틱 재료를 재활용하기 위한 보다 효율적이고 안정적이며 선택적인 효소를 개발하는 데 유용할 것으로 기대합니다.'

HotPETase와 같은 강력한 플라스틱 분해 효소의 개발은 다양한 효소 엔지니어링 플랫폼의 가용성과 함께 플라스틱 폐기물 문제에 대한 생명공학 솔루션 개발에 중요한 기여를 합니다. 이 유망한 기술을 발전시키려면 이제 학계와 산업계 전반의 생명공학자, 공정 엔지니어, 고분자 과학자들이 참여하는 협력적이고 다학제적인 노력이 필요합니다. 세계가 점점 늘어나는 폐기물 문제에 직면해 있는 상황에서 생명공학은 환경적으로 지속 가능한 솔루션을 제공할 수 있습니다.