Enzim rekayasa AI memakan seluruh wadah plastik | Riset

Enzim rekayasa AI memakan seluruh wadah plastik |  Riset post thumbnail image

oke punya Pengeluaran SGP 2020 – 2021.

Gambar 1a

Enzim pendegradasi plastik yang ditingkatkan oleh perubahan asam amino yang dirancang oleh algoritme pembelajaran mesin dapat mendepolimerisasi polietilen tereftalat (PET) setidaknya dua kali lebih cepat dan pada suhu yang lebih rendah daripada enzim rekayasa terbaik berikutnya.

Enam tahun lalu para ilmuwan menyaring puing-puing dari pabrik daur ulang botol plastik menemukan bakteri yang dapat mendegradasi PET. Organisme memiliki dua enzim yang menghidrolisis polimer pertama menjadi mono-(2-hidroksietil) tereftalat dan kemudian menjadi etilen glikol dan asam tereftalat untuk digunakan sebagai sumber energi.

Salah satu enzim khususnya, PETase, telah menjadi target upaya rekayasa protein untuk membuatnya stabil pada suhu yang lebih tinggi dan meningkatkan aktivitas katalitiknya. Sebuah tim di sekitar Hal Alper dari University of Texas di Austin di AS telah menciptakan PETase yang dapat mendegradasi 51 produk PET yang berbeda, termasuk wadah dan botol plastik utuh.

Jaringan saraf membantu tim memutuskan bagaimana memodifikasi perancah protein. Algoritme pertama kali dilatih pada 19.000 protein dengan ukuran yang sama, meskipun fungsinya sangat berbeda. Untuk masing-masing dari 290 asam amino PETase, program memeriksa apakah cocok dengan lingkungan struktural langsungnya dibandingkan dengan protein lain. Asam amino yang tidak cocok mungkin menjadi sumber ketidakstabilan, dan algoritme menyarankan asam amino yang berbeda sebagai gantinya, Alper menjelaskan.

Alper mengatakan bahwa pembelajaran mesin menjadi lebih dan lebih kuat ketika datang untuk mengidentifikasi efek dari mengubah asam amino di luar situs aktif. Ini berarti dapat menyeimbangkan pertukaran evolusioner antara aktivitas dan stabilitas.

Dari jutaan kemungkinan kombinasi, para peneliti memusatkan perhatian pada tiga substitusi asam amino yang disarankan. Dikombinasikan dengan dua modifikasi dari upaya rekayasa PETase sebelumnya, mereka merancang enzim yang ‘sangat, sangat aktif, terutama pada suhu yang lebih rendah, dibandingkan dengan apa pun yang ada di luar sana’, kata Alper.

Pada 50 °C, enzim hampir dua kali lebih aktif dalam menghidrolisis sampel kecil wadah makanan PET daripada PETase rekayasa lainnya pada 70 °C. Enzim tersebut bahkan mendepolimerisasi seluruh baki kue plastik dalam waktu 48 jam, dan tim menunjukkan bahwa ia dapat membuat barang plastik baru dari sampah yang terdegradasi.

Gambar 3d

‘Apa yang benar-benar saya sukai dalam penelitian mereka adalah fakta bahwa mereka juga membawanya ke luar lab sampai batas tertentu,’ kata Sarah Kakadellis, yang mempelajari bioekonomi plastik di Imperial College London, Inggris. Alih-alih hanya mencoba enzim pada film PET amorf dari pemasok laboratorium, tim Alper menggunakan potongan kecil dari produk PET yang dibeli di supermarket lokal.

‘Ini peningkatan drastis dibandingkan dengan enzim lain yang telah dikembangkan sejauh ini,’ kata Kakadellis. Tetapi seperti enzim lainnya, ia berjuang dengan lebih banyak plastik kristal. Untuk mendegradasi botol PET yang sangat kristal, tim Alper melelehkan botol untuk membuat plastik menjadi amorf.

‘Studi ini … membuktikan metode pembelajaran mesin berguna dalam rekayasa enzim,’ kata Bian Wu dari Chinese Academy of Sciences, yang timnya menciptakan PETase modifikasi yang berbeda pada tahun 2021. Algoritme, katanya, berhasil mengungkap modifikasi tertentu yang diabaikan oleh metode lain. Sementara Wu terkesan dengan keefektifan PETase baru, ia memperingatkan bahwa suhu kerja optimal enzim 50°C ‘tidak cocok untuk degradasi suhu tinggi – [it] harus berada di suatu tempat di dekat suhu transisi gelas PET – juga tidak dapat memenuhi kebutuhan degradasi in-situ’.

Apakah depolimerisasi enzimatik pada akhirnya akan digunakan untuk daur ulang skala besar masih harus dilihat. Sebagian besar PET di seluruh dunia didaur ulang bukan dengan depolimerisasi tetapi dengan peleburan dan pembentukan kembali – tetapi sifat-sifatnya memburuk dengan setiap siklus. Ada beberapa metode depolimerisasi kimia, tetapi ini biasanya sangat intensif energi.

‘Keuntungan besar dari enzim adalah bahwa mereka bisa jauh lebih spesifik daripada katalis kimia,’ jelas Kakadellis. ‘Secara teori, bisa lebih mudah untuk mendegradasi aliran limbah yang jauh lebih beragam menggunakan enzim.’ Alper menambahkan bahwa mendegradasi semua plastik berbeda yang berakhir di tempat sampah adalah salah satu tantangan utama yang harus dipecahkan oleh pendekatan daur ulang. Timnya terus menyelidiki aspek praktis dari daur ulang enzimatik, serta memperluas ke polimer di luar PET.

‘Ada banyak aliran plastik lain yang lebih sulit terurai karena bukan poliester, melainkan poliolefin,’ kata Kakadellis. “Yang utama adalah mengekang aliran plastik di bagian depan.”

Related Post