Phương pháp lập hồ sơ enzyme mới xác định các ứng cử viên hàng đầu cho tái chế nhựa
bởi Đại học Quốc gia Kyungpook
Enzym Kubu-PM12 hứa hẹn sẽ phân hủy polyethylene terephthalate (PET) thành các thành phần của nó. Nguồn: Không thể tái sử dụng nếu không được phép
Polyethylene terephthalate (PET) là một trong những loại nhựa được sử dụng rộng rãi nhất, thường thấy trong chai, sợi và nhiều sản phẩm khác. Đây là một thành viên độc đáo của họ nhựa vì nó có thể bị phân hủy thành các đơn vị cấu thành (hoặc monome) bởi PETase, đây là loại enzyme phân hủy PET. Cho đến nay, các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều loại PETase trong tự nhiên, bao gồm từ vi khuẩn, Ideonella sakaiensis và cutinase từ phân lá. Các chất xúc tác sinh học này đã được biến đổi để ứng dụng trong công nghiệp.
Phân hủy PET bị ô nhiễm trong điều kiện nhẹ và sản xuất ra các monome có độ tinh khiết cao hiện đang là trọng tâm quan trọng trong công nghệ tái chế nhựa, làm nổi bật nhu cầu về các chất xúc tác sinh học hiệu quả hơn như vậy.
Tiến một bước lớn theo hướng này, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Kyungpook (KNU), do Kyung-Jin Kim, Giáo sư Khoa học Sự sống và Công nghệ Sinh học kiêm Trưởng khoa Viện Vi sinh vật KNU dẫn đầu, đã đưa ra một phương pháp lập hồ sơ cảnh quan sáng tạo để xác định tiềm năng của các enzyme vi khuẩn tự nhiên có thể phân hủy nhựa PET. Những phát hiện mới của họ, được kỳ vọng sẽ giúp giải quyết các vấn đề hiện có trong ngành tái chế, đã được công bố trên tạp chí Science vào ngày 3 tháng 1 năm 2025.
Nghiên cứu này khám phá nhiều khía cạnh khác nhau của lĩnh vực ít được khám phá này, từ việc lập cảnh quan cho các trình tự gen đến sàng lọc các enzyme có độ thích nghi cao, thiết kế chúng và đánh giá hiệu suất của chúng trong điều kiện công nghiệp. Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp phân cụm mới để sàng lọc khoảng 2000 enzyme ứng viên trong một số họ. Điều này tạo ra một cái nhìn về trình độ thành thạo và tính ổn định của cảnh quan về độ thích nghi của các enzyme hỗn tạp.
Do đó, nhóm nghiên cứu có thể xác định các đỉnh tương ứng với các enzyme có hiệu quả cao tiềm năng để thử nghiệm và tối ưu hóa thêm. Sau đó, họ đã thiết kế thành công các enzyme Mipa-P và Kubu-P thông qua đột biến tuần tự, cho thấy hiệu suất tuyệt vời so với các chuẩn mực trong điều kiện khắc nghiệt thường thấy trong các ứng dụng tái chế.
"Chúng tôi đặc biệt vui mừng khi thấy Kubu-PM12 phát triển mạnh trong điều kiện công nghiệp. Khả năng xử lý tải trọng PET cao và chịu được nhiệt độ cao, cùng với hoạt động ấn tượng ở nhiệt độ thấp hơn, là một lợi thế rất lớn. Điều này khiến nó trở thành ứng cử viên đầy hứa hẹn cho các ứng dụng trong thế giới thực", Giáo sư Kim cho biết.
Theo Giáo sư Kim, tương lai của công nghệ tái chế nhựa rất tươi sáng với sự đổi mới hiện nay. "Các enzyme mới được phát hiện thông qua phương pháp này sẽ cho phép quá trình tái chế PET liên tục ở nhiệt độ thấp hơn và năng suất cao hơn.
"Hơn nữa, phương pháp tạo cảnh quan cho trình tự protein được đề xuất trong nghiên cứu này có thể cho phép thiết lập các loại phân loại của họ enzyme hỗn loạn một cách chi tiết, điều này sẽ cho phép các nhà khoa học dễ dàng dự đoán và hiểu chức năng của enzyme hơn. Khi quá trình tái chế xúc tác sinh học trở nên khả thi trong công nghiệp, chúng ta có thể bù đắp nhu cầu ngày càng tăng đối với PET nguyên chất từ dầu thô thông qua quá trình tái chế PET hoàn toàn khép kín".
