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[PET]Nature封面：这种新的酶，10小时就能“吃掉”塑料瓶，分解率高达90%，还很便宜

十三 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
全球每年生产3.59亿吨塑料 ， 其中1.5-2亿吨就堆积在垃圾场 ， 或暴露在自然界中 。
而聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料最为丰富 ， 全球每年产量近7000万吨——它就是我们每天都可能接触到的塑料瓶 。
[PET]Nature封面：这种新的酶，10小时就能“吃掉”塑料瓶，分解率高达90%，还很便宜
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塑料瓶的回收再利用 ， 对环境保护起到至关重要的作用 。
这就是Nature最新封面文章所关注的问题 。
[PET]Nature封面：这种新的酶，10小时就能“吃掉”塑料瓶，分解率高达90%，还很便宜
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但现在的回收技术 ， 要么会破坏PET的机械性能 ， 要么就是酶水解效率过低 。
近日 ， 来自法国图卢兹大学的团队就提出了一种新的酶：可以在10小内水解90%的塑料瓶PET 。
这比之前所有PET水解酶的效率都要高 ， 更重要的是 ， 水解后产生的单体 ， 和石化材料中的单体具有相同特性 。
这就大大推动了塑料瓶的重复再利用 。
PET：我要“溶解”了
要想水解PET ， 就先了解它 。
PET可以凝固成2种形态：一种是紧密包裹的结晶形态 ， 另一种是比较松散、无序的形态 。
[PET]Nature封面：这种新的酶，10小时就能“吃掉”塑料瓶，分解率高达90%，还很便宜
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大多数塑料瓶中都存在这2种PET形态 ， 制造商会根据塑料瓶的材料特性 ， 调整它们的比例 。
但是结晶形态的PET ， 它的结构过于稳定 ， 以至于目前最有效的酶也难以完全消化 。
可能你会问 ， 高温不是会让结晶形态的PET ， 变得松散、无序？
但是酶存在“高温不耐症”啊 ， 温度一上来 ， 酶就失活了 。
那如何翻过这“两座大山” ， 让酶更好的水解PET？
首先是结构方面的问题 。
研究人员查阅了角质酶(cutinase ， 一种α/β水解酶)的结构 ， 并进行了化学模拟 ， 找出了PET与这种酶的相互作用位置：他们发现PET与酶表面的“凹槽”相吻合(包括PET被切割的位置) 。
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为了改善PET与这个凹槽的契合度 ， 研究人员创造了一大批酶的突变版本 ， 通过不同的组合 ， 改变了凹槽内侧的每一个氨基酸 。
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接下来 ， 就是酶不耐高温的问题 。
对相关的酶做了研究之后 ， 似乎有了一种线索：许多酶是通过与一种金属离子相互作用来稳定的 ， 这种金属离子将酶的两个部分固定在一起 。
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因此 ， 从这种酶的原始版本开始 ， 研究人员在两种氨基酸中进行工程设计 ， 可以在这两部分之间形成化学键 。 这种版本的酶 ， 在高温下就会更加稳定 。
最后 ， 研究人员通过一系列的改良 ， 创造出了2个版本的酶 ， 并在切碎的塑料瓶上进行实验 。
不仅水解效率高 ， 还很便宜
如此改良后的水解酶 ， 效率是极高的 。
前人提出的水解酶 ， 20小时内能消化一半的PET 。 而在这项工作中 ， 只需要15个小时 ， 消化率就能达到85% 。
不仅如此 ， 通过优化条件 ， 他们能够在10小时内将PET分解率达到90% 。
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虽然还残留一些结晶形态的PET ， 但这种效率已然是很高了：可以从1000公斤的PET废料中提取出863公斤的原料 。
换句话说 ， 重新设计的这种酶的效率 ， 比我们身体里分解淀粉酶的效率还要高 。
而后 ， 研究人员还利用这些原料 ， 以工业标准制造了新的PET产品 。
这些新产品的耐压能力 ， 仅比用标准化学原料生产的PET值低5%；外观方面也只差了10% ， 符合PET产品生产标准 。


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