Zespół badaczy z Australian National University (ANU) przełamał to wąskie gardło na poziomie pojedynczego atomu. W pracy opublikowanej na łamach prestiżowego czasopiśmie Angewandte Chemie International Edition naukowcy wykazali, że precyzyjna atomowa podmiana pozwala enzymom trawiącym politereftalan etylenu (PET) pracować niemal dwukrotnie szybciej bez utraty stabilności w warunkach podwyższonej temperatury.
Rozwiązaniem okazało się wprowadzenie do struktury enzymu rozkładającego plastik (PETazy) syntetycznego, niekanonicznego aminokwasu – azatryptofanu, który zajął miejsce standardowego tryptofanu. Różnica chemiczna między obiema cząsteczkami sprowadza się do detalu: w syntetycznym odpowiedniku pojedynczą parę węgiel-wodór zastąpiono atomem azotu. Ta minimalna korekta geometrii cząsteczkowej wystarczyła, by zoptymalizować centrum aktywne białka bez naruszania jego szkieletu strukturalnego. W efekcie zmodyfikowana PETaza tnie łańcuchy polimerowe w o połowę krótszym czasie, zachowując pełną odporność na degradację cieplną.
Aby zweryfikować skuteczność atomowej modyfikacji, badacze musieli stworzyć również nową metodę diagnostyczną. Tradycyjne testy aktywności enzymatycznej trwają całymi dniami z powodu powolnego rozpuszczania stałych próbek tworzywa PET. Zespół z ANU opracował fluorescencyjny test o nazwie PETra, oparty na rozpuszczalnym, ciekłym substytucie plastiku, który emituje światło w trakcie zachodzenia reakcji. Narzędzie to skróciło czas pomiaru do zaledwie kilku minut, umożliwiając błyskawiczne badanie dużych bibliotek wariantów białkowych.
Odkrycie to ma wymiar globalny w kontekście walki z zanieczyszczeniem środowiska, gdzie każdego roku powstaje ponad 350 milionów ton odpadów z tworzywa PET, a tradycyjne składowanie i spalanie prowadzą do marnotrawstwa surowców oraz emisji toksyn. Jak podkreślają autorzy pracy – dr Elwy Abdelkader oraz prof. Thomas Huber – potencjał precyzyjnego wbudowywania syntetycznych klocków budulcowych wykracza daleko poza sam recykling butelek.
Poszerzenie naturalnego zestawu 20 aminokwasów o sztuczne odpowiedniki i strojenie białek z atomową dokładnością otwiera drogę do projektowania ultrawydajnych biokatalizatorów dla zielonego przemysłu chemicznego, produkcji zaawansowanych biopaliw oraz celowanych terapii medycznych.
