KI designer funksjonelle proteiner fra vanlig språk
Pinal oversetter beskrivelser av ønsket biologisk funksjon til nye proteinforslag. I laboratoriet viste design fra modellen funksjon i fire ulike oppgaver, inkludert to aktive enzymer.
Enzymer bygget inn i plast får den til å brytes ned i dyphavet
Komposterbare polyestere med nedbrytende enzymer i selve materialet ble kraftig brutt ned fra kystvann til 5503 meters dyp. Metoden kan gjøre enkelte plasttyper mindre varige i havet, men er ennå ikke en løsning for vanlig plastavfall.
Nedbrytningen starter inne i materialet
Komposterbar plast er laget for å kunne brytes ned under bestemte forhold, men havet er ofte et dårlig sted for prosessen. Særlig i dyphavet er temperaturen lav, trykket høyt og aktiviteten til mikroorganismer begrenset. Materialer som brytes ned i et industrielt komposteringsanlegg kan derfor bli liggende lenge dersom de havner i sjøen.
En studie publisert i Nature viser nå en annen tilnærming: å bygge enzymet som bryter polymeren ned direkte inn i plasten mens materialet produseres.
Forskerne testet fire komposterbare polyestere, PBS, PBSA, PCL og PBAT. De tilsatte enten lipasen CaLB eller cutinasen HiC, enzymer som kan klippe esterbindinger i polymerkjedene, og laget både tynne filmer og små plastkuler.
Testet fra kysten til 5503 meters dyp
I stedet for bare å simulere havmiljøet i laboratoriet plasserte forskerne materialene på faktiske marine teststeder. Prøvene ble lagt i kystvann på 2–6 meters dyp og på flere dyphavslokaliteter fra 757 til 5503 meter.
Forskjellen mellom materialene med og uten enzym var tydelig. De enzymfrie komposterbare polyesterne mistet lite eller ingen masse etter lang tid på dyphavsbunnen. Når enzymet var innebygd i materialet, gikk nedbrytningen betydelig raskere.
For PCL med tre vektprosent CaLB på 757 meters dyp økte massetapet fra 39,7 prosent etter fem måneder til 99,0 prosent etter 18 måneder. Studien rapporterer også nær fullstendig nedbrytning av enzymholdige polyestere på 757 meters dyp innen fem måneder under enkelte av de testede betingelsene.
Selv på 5503 meters dyp fant forskerne målbar nedbrytning, selv om prosessen gikk langsommere under de ekstreme forholdene.
Små enzymmengder var nok nær kysten
I kystvann trengtes langt mindre enzym. Filmer med bare 0,1 vektprosent HiC viste rask nedbrytning i løpet av én måned. PBSA mistet 100 prosent av massen og PCL 85,5 prosent, mens PBS mistet 27,4 prosent.
Den lave enzymmengden hadde samtidig nesten ingen effekt på materialenes opprinnelige strekkfasthet. Det er viktig dersom prinsippet skal bli praktisk: en plast som er laget for å brytes ned etter bruk må fortsatt tåle belastningen mens den faktisk brukes.
Forskerne målte også biologisk oksygenforbruk i sjøvann. Resultatene støtter at enzymene først kutter polymerene til mindre, vannløselige molekyler, som deretter kan metaboliseres videre av mikroorganismer.
Ikke det samme som at vanlig plast forsvinner
Resultatet betyr ikke at eksisterende plast i havet plutselig kan brytes ned ved å tilsette et enzym utenfra. Enzymet ble integrert i materialet under produksjonen, og studien undersøkte bestemte komposterbare polyestere.
Vanlige plasttyper som polyetylen og polypropylen var ikke det studien demonstrerte denne effekten for. Metoden må også vurderes for kostnad, produksjon i stor skala, holdbarhet under bruk og hva som skjer gjennom hele materialets livsløp.
En innebygd utløpsmekanisme
Det interessante er derfor selve designprinsippet. I stedet for å være avhengig av at det riktige mikrobielle miljøet finnes der plasten havner, bærer materialet med seg en del av maskineriet som starter nedbrytningen.
Forskerne peker blant annet på fiskesnører, fiskegarn og andre materialer som mulige fremtidige formater å undersøke. Dersom strategien kan overføres til praktiske produkter, kan enkelte plastmaterialer designes med en langt kortere miljømessig levetid dersom de ved et uhell ender i havet.
Det løser ikke plastforurensning alene. Men studien viser at nedbrytbarhet i større grad kan konstrueres inn i selve materialet, også for miljøer der naturen ellers bruker svært lang tid på jobben.
