科学家创造了能够降解瓶子里微塑料的人造蛋白质

来自巴塞罗那超级计算中心的研究人员，以及来自CSIC和UCM的研究小组，通过计算方法为蛋白质添加了一种新功能。人工智能和超级计算机的使用使得扩大自然界提供给我们的蛋白质目录和寻求生态问题的解决方案成为可能。

　　

全球每年生产约4亿吨塑料，这一数字每年以4%左右的速度增长。它们制造过程中产生的排放是导致气候变化的因素之一，它们在生态系统中无处不在，导致了严重的生态问题。

其中最常用的是PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，它在许多包装和饮料瓶中都有。随着时间的推移，这种材料磨损成越来越小的颗粒——所谓的微塑料——这加剧了环境问题。PET已经占到全球塑料产量的10%以上，而且回收利用稀缺且效率低下。现在，来自巴塞罗那超级计算中心-国家中心Supercomputación (BSC-CNS)的科学家们，与CSIC催化和石化研究所(ICP-CSIC)和马德里康普顿斯大学(UCM)的研究小组一起，开发了能够降解PET微塑料和纳米塑料的人造蛋白质，并将其还原为基本成分，这将使它们能够被分解或回收。他们使用了一种来自草莓海葵(Actinia fragacea)的防御蛋白，并在使用计算方法设计后添加了新功能。研究结果发表在《自然催化》杂志上。

扩大自然

“我们正在做的事情就像给一个人增加手臂一样，”Víctor Guallar解释说，他是BSC的ICREA教授，也是这项研究的作者之一。这些臂只由三种氨基酸组成，就像剪刀一样能够切割小的PET颗粒。研究人员解释说，在这种情况下，它们被添加到一种来自海葵的蛋白质中，这种蛋白质原则上缺乏这种功能，在自然界中“起着细胞钻孔、打开毛孔和防御机制的作用”。

机器学习和超级计算机(如BSC的MareNostrum 4)用于这种蛋白质工程，可以“预测粒子将在哪里结合，以及我们必须将新氨基酸放置在哪里，以便它们发挥作用，”瓜拉尔总结道。由此产生的几何形状与酒井Idionella sakaiensis细菌中的PETase酶非常相似，后者能够降解这种塑料，并于2016年在日本的一家包装回收厂被发现。

结果表明，这种新蛋白质能够降解PET微塑料和纳米塑料，“在室温下，其效率比目前市场上的PETases高5到10倍，”瓜拉尔解释说。其他方法需要高于70°C的温度才能使塑料更易于成型，这会导致高二氧化碳排放并限制其适用性。此外，选择这种蛋白质的孔状结构是因为它允许水通过，而且它可以固定在类似于海水淡化厂使用的膜上。这将有助于其以过滤器的形式使用，“可以用于净化工厂来降解那些我们看不见的颗粒，但这些颗粒很难消除，而且我们会摄入，”负责这项研究的ICP-CSIC研究教授曼纽尔·费雷尔说。

允许净化和/或回收的设计

这种新蛋白质的另一个优点是根据新氨基酸的位置设计了两种变体。结果是，每一种都会产生不同的产品。其中一种变体可以更彻底地分解PET颗粒，因此它可以用于污水处理厂的降解。另一种方法产生回收所需的初始组件。“通过这种方式，我们可以根据需要提纯或回收，”劳拉Fernández López解释说，她正在CSIC催化与石油化学研究所(ICP-CSIC)撰写博士论文。

根据研究人员的说法，目前的设计可能已经有了应用，但是“蛋白质的灵活性，就像一个多用途工具一样，将允许添加和测试新的元素和组合，”马德里康普顿斯大学的Sara García Linares博士解释说，他也参与了这项研究。Ferrer总结道:“我们正在寻找的是将大自然提供的蛋白质和机器学习的潜力与超级计算机结合起来，产生新的设计，使我们能够实现健康的零塑料环境。”

“计算方法和生物技术可以让我们找到许多影响我们的生态问题的解决方案，”瓜拉尔总结道。