Фермент из глубоководных микробов расщепляет морской пластик

Загрязнение океанов пластиком всё больше влияет на экологию. Значительная часть проблемы — бутылки из полиэтилентерефталата, или ПЭТ. Ей посвятили исследование немецкие учёные под руководством профессора Рут Шмитц-Штрайт. В результате впервые удалось выяснить, что благодаря микроорганизмам из морских глубин ПЭТ в океанах всё таки разлагается, причём непрерывно.



— Рут Шмитц-Штрайт, профессор, руководитель рабочей группы по молекулярной биологии в Институте общей микробиологии и участница морских исследований в Кильском университете.

Археи — это отдельное надцарство (домен) одноклеточных микроорганизмов, не имеющие ядра. До последнего времени было известно около 80 различных ферментов, разлагающих ПЭТ, большинство из которых находили в бактериях или грибах, но не в море.

Исследуя образцы из окружающей среды, учёные впервые идентифицировала и описали фермент PET46, разлагающий ПЭТ. Ферменты, они же энзимы, в обеих случаях произошли соответственно от латинского и греческого слов со значением «закваска». Обычно это сложные белковые соединения, ускоряющие химические реакции в живых системах. PET46 получили из некультурного, то есть живущего в природе, глубоководного микроорганизма.

PET46 обладает многими необычными свойствами, и с его открытием пополнился список энзимов, которые разлагают пластик. Структурно этот фермент значительно отличается от ранее обнаруженных. Например, он обладает способностью разлагать как очень длинноцепочечные молекулы ПЭТ, известные как полимеры, так и короткоцепочечные молекулы ПЭТ, известные как олигомеры, что означает, что разложение может идти непрерывно.

Помимо прочего, PET46 использует совершенно иной механизм воздействия на исходное вещество, чем ранее известные ферменты, разлагающие ПЭТ. Исследователи описывают необычную «крышечку» из 45 аминокислот над активным центром фермента как наиболее важную для связывания, тогда как для других ПЭТ-ферментов типичны ароматические аминокислоты, расположенные близко к активному центру. В биологии активный центр — это область фермента, где молекулы субстрата (разлагаемого вещества) связываются и подвергаются химической реакции.

На молекулярном уровне PET46 очень похож на другой фермент — эстеразу феруловой кислоты. Эстераза разрушает природный полимер лигнин (составляющую древесины) в клеточных стенках растений путём расщепления лигниновых полимеров с выделением сахаров. Лигнин и ПЭТ имеют много сходного, поэтому природные ферменты, разлагающие ПЭТ, могут быть важны, например, при разложении древесины в лесных почвах.

Таким образом, биохимические свойства PET46 делают его очень интересным ферментом для разложения пластмасс и в море, и на суше, а также для биотехнологий. По сравнению с наиболее известными энзимами из бактерий и компостирующих растений, разлагающими полиэтилентерефталат, PET46 более эффективен при температуре 70 ° C.

Выводы микробиологов расширили знания об энзимах, способных разлагать ПЭТ по всему мировому океану.