Z mutacijo pripravili boljši encim za razgradnjo plastike

Moderna plastika je skoraj čudežni material - lahko jo oblikujemo v poljubne oblike, je trdna in vzdržljiva, nestrupena in stabilna. Prav zadnja lastnost povzroča največ težav, saj se odpadki kopičijo in kopičijo. Plastika sčasoma preperi na majhne koščke, ki pa se še stoletja ne razgradijo, zato so jih morja polna. Čeprav sama po sebi ni strupena, kazi morja, obale in predstavlja veliko nevarnost za živali, kadar se jim kam zatakne.

Ena najpogostejših vrst plastike se imenuje PET (polietilen tereftalat). V naravnem okolju praktično ni organizma, ki bi jo bil sposoben razgraditi, zato se naokoli valja tako dolgo. Le nekaj redkih gliv jo zmore razgraditi. Leta 2016 pa so raziskovalci odkrili bakterijo Ideonella sakaiensis, ki je prav tako sposobna razgrajevati PET. To je zelo pomembno odkritje, ker je bakterije bistveno lažje gojiti in uporabljati kakor glive. Bakterijo so našli v vzorcih, ki so imeli veliko PET, torej je očitno z evolucijo pridelala encim za razgradnjo. Imenuje se PETaza in v vodnem okolju razstavi PET v tereftalno kislino in etilen glikol, ki sta razgradljiva. PETaza je še vedno sorazmerno počasna, saj bakterija potrebuje več kot mesec dni, da poje tanek film plastike, a začetek je vsekakor obetaven.

Raziskovalci z Univerze v Portsmouthu in Nacionalnega laboratorija za obnovljive energije (NREL) pa so sedaj uspeli ta encim umetno spremeniti tako, da je še aktivnejši. Vse od odkritja te bakterije namreč potekajo intenzivne raziskave encima, pri čemer je eden prvih korakov natančna karakterizacija encima. To pomeni določitev zgradbe, zlasti aktivnega mesta, kjer reakcija poteka. Ugotovili so, da je PETaza podobna kutinazi, ki razkraja naravni polimer kutin. Aktivno mesto v PETazi je podobno, ni pa čisto enako, saj vanj sedejo tudi umetni polimeri. Lahko pa bi ga malo prilagodili, da bi bilo še primernejše.

Natanko to so storili. Mutacije aktivnega mesta so pogosto metoda pri študiju encimov, ki da pomembne informacije o delovanju. Včasih majhna mutacija v celoti onesposobi encim, spet drugič kakšne velike razlike ni. To pot so raziskovalci preiskovali hipotezo, da je PETaza nastala v bakterijah s kutinazo, ki so živele v okolju, bogatem s PET. Da bi to preverili, so mutirali aktivno mesto in presenečeno ugotovili, da je eden izmed mutantov še bolj aktiven. Povsem nehote so pridelali encim, ki je še učinkovitejši v razgrajevanju PET.

Uporaba naravnih in malo spremenjenih umetnih encimov je dandanes rutinska. Vsakokrat ko peremo z detergentom, ki uporablja naravne snovi, v resnici peremo z encimi, ki so posebej prilagojeni za delovanje pri visokih temperaturah za odstranjevanje maščob in drugih nepolarnih madežev. Zato odkritje izboljšane PETaze jasno dokazuje, da je tudi ta encim mogoče izboljšati. Morda v prihodnosti dobimo čistilno napravo za plastiko. In ne, encim ne more nikamor uiti in povzročiti kolapsa civilizacije z uničenjem plastike, ker ni živ in se ne more sam razmnoževati. Mutiran je encim, ne bakterija.