Mesterséges intelligencia - gyorsan és hatékonyan bontja le a műanyagot egy új enzim

A műanyaghulladék komoly ökológiai kihívást jelent, az enzimatikus lebontás viszont a poliészterhulladékok újrahasznosításának környezetbarát, egyben nagyon hatékony módját kínálja. A polietilén-tereftalát (PET) a globális szilárd hulladék 12%-át teszi ki, újrahasznosítása pedig gyors enzim alapú lebontással is lehetséges.

A PET-hidroláznak nevezett természetes enzimek alkalmazását eddig hátráltatta, hogy a pH- és hőmérséklet-tartományok tekintetében nem eléggé ellenállóak, lassú a reakciósebességük és nem képesek közvetlenül felhasználni a kezeletlen műanyagokat.

Az austini Texasi Egyetem tudóscsoportja egy új kutatás során viszont mesterséges intelligenciát és gépi tanulást alkalmazó algoritmust vetett be egy robusztus és aktív enzim kifejlesztésére: ez a FAST-PETase, azaz funkcionális, aktív, stabil és toleráns PETase.

"A lehetőségek végtelenek az iparágakban, hogy kihasználják ezt az élvonalbeli újrahasznosítási eljárást - mondta Hal Alper professzor, az egyetem McKetta Vegyészmérnöki Tanszékének kutatója. - A nyilvánvaló hulladékgazdálkodási területeken túl ez más ágazatokban működő vállalatoknak is lehetőséget biztosít arra, hogy vezető szerepet vállaljanak termékeik újrahasznosításában. Ezeken a fenntarthatóbb enzimes megközelítéseken keresztül elkezdhetjük elképzelni a valódi körkörös műanyaggazdaságot."

A műanyaghulladékoktól segíthet megszabadulni a mesterséges intelligenciával kifejlesztett enzim

Alper professzor és kollégái a PET-re összpontosítottak, amely egy jelentős polimer, hiszen a legtöbb fogyasztói csomagolásban megtalálható, beleértve a süteményes dobozokat, üdítős palackokat, gyümölcs- és salátacsomagolásokat, valamint bizonyos szövetszálakat és textileket.

Az enzim képes volt a műanyag kisebb részekre bontásának (depolimerizáció), majd kémiai úton történő újra összerakásának (repolimerizáció) körkörös folyamatát elvégezni. Egyes esetekben ezek a műanyagok akár 24 óra alatt teljesen semlegessé, egyben újrafelhasználhatóvá bonthatók.

A kutatók egy gépi tanulási modellt használtak a PETase újszerű mutációinak létrehozására, amelyek lehetővé teszik a baktériumok számára a PET-műanyagok lebontását. A modell megjósolja, hogy ezen enzimek mely mutációi érnék el azt a célt, hogy alacsony hőmérsékleten gyorsan depolimerizálják a műanyaghulladékot.

Ezzel a folyamattal, amelynek során 51 különböző műanyagtartályt, öt különböző poliészterszálat és szövetet, valamint PET-ből készült vizes palackokat vizsgáltak, a szerzők bebizonyították az általuk FAST-PETase-nek nevezett enzim hatékonyságát.

"Ez a munka igazán jól mutatja a különböző tudományágak egyesítésében rejlő erőt - a szintetikus biológiától a vegyészmérnöki tudományokon át a mesterséges intelligenciáig" - tette hozzá Andrew Ellington professzor, az austini Texasi Egyetem Molekuláris Biotudományok Tanszékének kutatója.

V.V.