eva.com">塑料是一种伟大的化学材料发明，但是其难于分解的特性导致塑料产品在全球范围内出现“消化系统疾病”。近年来，微塑料废物对环境的污染更加令人震惊。法国研究人员设计了一种酶，可以有效分解塑料-聚对苯二甲酸乙二酯（PET）的常见形式。在此过程中，可以将90％的相同塑料转换回其原始原料。该反应的最终结果是可以直接重复使用以制造新塑料瓶的原料。研究人员说，他们正在扩大技术规模，并在明年开设示范工厂。

如果业务成功，它将帮助社会解决我们面临的具有挑战性的塑料问题之一。 3月8日，相关论文在新刊《自然》上发表，标题为“一种工程塑料解聚酶，用于分解和回收塑料瓶”，并作为封面文章出现。朴茨茅斯大学酶创新中心的约翰·麦基恩（John McGeehan）表示：“这是向前迈出的一大步。” 《科学》杂志甚至报道“‘迈出了一大步。’突变酶可以大大改善塑料瓶的回收利用。”年产7,000万吨的PET塑料聚对苯二甲酸乙二酯（PET）是世界上常用的塑料之一，年产量约为7000万吨。 PET有许多用途，包括拉伸强度非常高的薄膜（以聚酯薄膜形式销售）。但是它仍被普遍用于塑料饮料瓶，这是环境塑料废物的主要成分。 PET最早于1940年代开发。到2016年，科学家发现了第一种可以分解和利用PET中碳的活生物体，PET中的碳存在于塑料回收设施附近的沉积物中。尽管像这样的微生物可以解决塑料废物的问题，但是由于PET的碳主链最终会完全分解，因此它们无法使塑料更具可持续性。这意味着必须不断提供新材料来替换损坏的PET容器，该容器目前主要来自石化产品材料。

 PET是由氧和碳原子连接的许多碳环的集合。为了以允许回收的方式分解它，这些碳-氧键不会断裂，会释放大量的环，然后可以将它们重新连接。当前正在消化PET的微生物也会破坏该环，使其不适合回收利用。过去，回收公司经常最终混合许多不同颜色的塑料。然后，他们使用高温将其熔化以生产灰色或黑色的塑料原料，因此很少有公司希望使用它们来包装产品。相反，这种材料通常会变成地毯或其他低级塑料纤维，最终将被填埋或焚化。但是，科学家发现了许多可以破坏PET连接的酶。这些都具有破坏叶子表面上蜡状涂层的作用，称为“角质”（使这些酶成为角质酶）。这些为新工作提供了起始材料。首先，研究人员参加了一组角质酶并测试了它们分解PET的活性。最活跃的是堆肥（称为“叶枝堆肥酶（叶枝堆肥）角质酶）“），在2012年，大阪大学的研究人员在堆肥中发现了这种酶。它可以切割PET的两个成分：对苯二甲酸酯和乙二醇之间的键。但是LLC进化了它可以破坏蜡质保护层的特性。它只能缓慢破坏PET键，然后在65°C（PET开始软化的温度）下使用几天后就会破裂。具有相同的化学式，材料可以固化为两种形式：紧密堆积的结晶形式和相对疏松，无序的形式，大多数由PET制成的材料都具有这两种形式，同时，制造商会调整其含量比率以制造具有相应材料的塑料但是，由于紧密堆积的结晶形式，即使是有效的酶也很难消化这些塑料，幸运的是，有一种局部解决方案：加热任何形式的PET都会引起一些不适。苯乙烯PET熔化成无序形式，从而消化更多的PET。但是，这正面临新的问题。问题在于酶本身经常融化，并在65°C或150°F以上的温度下失活。

此外，这些酶会分解成不同的聚合物，因此不能期望在PET上很好地起作用。为了使酶在PET上更好地工作，可持续塑料公司Carbios的首席科学官Alain Marty与图卢兹大学的酶工程专家Isabelle Andre合作。他们首先分析了角质酶的结构，并进行了模拟，以弄清PET与酶相互作用的“活性位点”。他们发现它适合酶表面上的凹槽，包括可以切割PET的地方。为了提高PET在凹槽中的贴合度，研究人员创建了大量的突变酶，以不同的组合改变凹槽内的每个氨基酸。尽管它们中的大多数几乎消除了酶的活性，但实际上增加了酶的活性，并被用于进一步的研究。第二个问题是酶承受高温的能力。结果，研究人员找到了线索：许多酶通过与将酶的两个部分结合在一起的金属离子相互作用而得以稳定。因此，从最初的酶版本开始，研究人员设计了两个氨基酸，可以在两个部分之间形成化学键（二硫键）。此酶版本在高温下比原始版本更稳定。研究人员生产了数百种突变酶，这些突变酶改变了结合位点的氨基酸并添加了热稳定酶。然后，他们在细菌中产生了大量突变体，并对其进行筛选以找到有效的PET破胶剂。重复此过程数轮后，他们分离出一种突变酶，其PET键断裂效率比天然LLC高10,000倍。它也可以在72°C下工作而不会破坏PET的熔融温度。通过结合所有这些变化，研究人员设计了四个四重变体（ICCG，ICCM，WCCG和WCCM），它们的比活都比野生型LCC相似或更高，并且熔解温度相对提高。解聚试验的结果发现，ICCG和WCCG的转化率很高，分别在20和15小时达到82％和85％。一种高效且廉价的解决方案使用这种PET来源，原始酶可以在20小时内消化大约一半。

研究小组制作的修改版本仅15小时即可达到85％的分解率。和在进一步优化条件后，他们能够在10小时内达到90％的PET分解率。尽管仍有一些残留的结晶PET，但他们发现这些酶可以吸收1000公斤的PET废料，然后从中产生863公斤的原料。换句话说，他们重新设计的酶在消化PET方面比人体的消化酶在分解淀粉方面更有效。然后，他们使用这种原材料通过标准的工业反应来制造新的PET产品。新产品的耐压性仅比标准化学来源的PET测得的值低5％。在外观上，它是常规生产的PET的10％以内。与常规石化原料相比，使用再生PET的成本是多少？作者估计，如果这种蛋白质的生产成本约为每公斤25美元，那么该工艺的成本最终将约为由其制成的PET成本的4％。尽管它可能不像石化产品那样便宜（尤其是在现在油价暴跌之后），但是它将相对不受未来价格冲击的影响，并且更具可持续性。

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