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學者意外增強酵素食膠能力 或成膠災救星

2018/4/18 — 18:07

塑膠垃圾

塑膠垃圾

2016 年有日本研究團隊發現細菌 Ideonella sakaiensis 可分解聚對苯二甲酸乙二酯 (PET) 製造的膠樽,當時曾被視為處理越來越多塑膠垃圾的曙光。不過,這些細菌分解 PET 的速度只為每日 0.13 毫克,並不足以處理全球的「膠災」 。

然而,英國樸茨茅斯大學的研究團隊在進一步分析這些細菌當中可分解 PET 的酵素 (PETase) 晶體結構時意外製造出突變型的 PETase ,可能會成為解決塑膠垃圾的關鍵。研究現已刊於《美國國家科學院期刊 (PNAS) 》

該研究由結構生物學家 John McGeehan 領導,美國能源部旗下的國家再生能源實驗室 (NREL) 研究員亦有參與。 McGeehan 表示,意外對科研很重要,是次研究的發現過程也毫不例外。

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由於 PET 在 1940 年代獲得專利後被人類大量應用,學者估計 I. sakaiensis 在此後才演化出來—— PET 要被天然分解需多個世紀, PETase 則可令 PET 於 96 小時內被分解,但問題是 I. sakaiensis 的處理塑膠量非常低,結果仍有大量 PET 會連同其他塑膠拋棄到堆填區或流入海洋之中。之前已有不少報道指塑膠垃圾在多種海洋生物中累積,不但對自然生態造成破壞,人類進食海鮮亦有可能影響健康。

團隊為了能在分子水平下分析 PETase 結構,利用 X 光技術製作出極高解像度 PETase 的立體結構,讓團隊清楚看到 PETase 如何利用其活性位 (active site) 分解 PET 。團隊其後發現 PETase 內部結構與另一種酵素角質酶 (cutinase) 相似,並開始嘗試將 PETase 改變得更似角質酶。

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團隊製作的 PETase 正在分解塑膠。
Credit: Dennis Schroeder/NREL

團隊製作的 PETase 正在分解塑膠。
Credit: Dennis Schroeder/NREL

最終團隊製作出突變型的 PETase ,其分解 PET 能力比正常 PETase 高 20% 。 McGeehan 指,研究顯示這些突變酵素的能力仍有進步空間,未來可繼續研究是否可將 PETase 改造出天然 PETase 沒有的能力以分解其他塑膠。現時這種突變型 PETase 除了可分解 PET 外,亦可分解 PET 替代品 PEF (polyethylene furanoate) 。不過 McGeehan 強調,這並不代表研究可立刻處理數以百萬噸計的塑膠垃圾。

去年,西班牙學者聯同劍橋學者也曾發現蠟蛾 (Galleria mellonella) 幼蟲可消化膠袋,但估計 100 條蟲要花一整個月才可完全消化整個膠袋。

來源:
University of Portsmouth, Engineering a plastic-eating enzyme, 16 April 2018

報告:
Austin, H.P., Allen, M.D., Donohoe, B.S. & et al. (2018). Characterization and engineering of a plastic-degrading aromatic polyesterase. PNAS April 17, 2018. 201718804. doi: 10.1073/pnas.1718804115

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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