„Możliwości wykorzystania tego najnowocześniejszego procesu recyklingu w różnych branżach są nieograniczone” – powiedział Hal Alper, profesor na wydziale inżynierii chemicznej McKetta w UT Austin. „Oprócz oczywistej branży gospodarowania odpadami, zapewnia to również korporacjom z każdego sektora możliwość objęcia wiodącej roli w recyklingu swoich produktów. Dzięki tym bardziej zrównoważonym podejściom enzymatycznym możemy zacząć wyobrażać sobie prawdziwą gospodarkę o obiegu zamkniętym z tworzyw sztucznych”.

Projekt koncentruje się na politereftalanie etylenu (PET), ważnym polimerze występującym w większości opakowań konsumenckich, w tym pojemnikach na ciastka, butelkach po napojach gazowanych, opakowaniach owoców i sałatek oraz niektórych włóknach i tekstyliach. Stanowi 12% wszystkich globalnych odpadów.

Enzym był w stanie przeprowadzić „okrężny proces” rozkładania plastiku na mniejsze części (depolimeryzacja), a następnie chemicznego składania go z powrotem (repolimeryzacja). W niektórych przypadkach te tworzywa sztuczne można całkowicie rozłożyć na monomery w ciągu zaledwie 24 godzin.

Naukowcy z Cockrell School of Engineering i College of Natural Sciences wykorzystali model uczenia maszynowego do wygenerowania nowych mutacji w naturalnym enzymie zwanym PETazą, który umożliwia bakteriom degradację politereftalanu etylenu. Model przewiduje, które mutacje w tych enzymach osiągną cel, jakim jest szybka depolimeryzacja pokonsumpcyjnych odpadów plastikowych w niskich temperaturach.

Dzięki temu procesowi, który obejmował badanie 51 różnych plastikowych pojemników pokonsumpcyjnych, pięciu różnych włókien i tkanin poliestrowych oraz butelek na wodę wykonanych z PET, naukowcy udowodnili skuteczność enzymu, który nazwali FAST-PETazą (funkcjonalny, aktywny, stabilna i tolerancyjna PETaza).

„Ta praca naprawdę pokazuje moc łączenia różnych dyscyplin, od biologii syntetycznej przez inżynierię chemiczną po sztuczną inteligencję” – powiedział Andrew Ellington, profesor w Centrum Systemów i Biologii Syntetycznej, którego zespół kierował rozwojem modelu uczenia maszynowego.

W następnej kolejności zespół planuje pracować nad zwiększeniem produkcji enzymów w celu przygotowania do zastosowań przemysłowych i środowiskowych. Naukowcy złożyli wniosek patentowy na tę technologię i rozważają kilka różnych zastosowań. Oczyszczanie składowisk i ekologizacja przemysłu wytwarzającego duże ilości odpadów to najbardziej oczywiste. Ale innym kluczowym potencjalnym zastosowaniem jest rekultywacja środowiska. Zespół szuka wielu sposobów na wypuszczenie enzymów w teren w celu oczyszczenia zanieczyszczonych miejsc.

„Rozważając zastosowania związane z oczyszczaniem środowiska, potrzebujesz enzymu, który może działać w środowisku w temperaturze otoczenia. To wymaganie, w którym nasza technologia będzie miała ogromną przewagę w przyszłości” – powiedział Alper.