Замърсяването на околната среда с пластмаси е сложен проблем, тъй като различните полимери, като полиестери, PET и полиуретан имат уникални химични връзки, които изискват специфични методи за разграждане. Въпреки че вече са разработени ензими за разграждане на някои пластмаси, те решават само част от проблема. И докато за PET и редица други пластмаси е намерен метод за обезвреждане, полиуретанът е извън обсега на учените.
Полиуретанът се използва в опаковките, като елемент от облеклото и обувките и в много други области. Например, през 2024 година в световен мащаб са произведени 22 милиона тона от този полимер, който не може да бъде разложен на съставните си химикали. Полиуретанът се разлага частично при нагряване в присъствието на диетиленгликол, но все още е невъзможно да се изолират основните компоненти за повторна употреба от получената смес. Поради това полиуретанът просто се изгаря, което го приравнява към токсичните отпадъци.
Международна група учени решава да използва съвременни инструменти на изкуствения интелект за анализ на протеини (ензими), за да намери най-добрия ензим за разграждане на полиуретан.
Като за начало те проучили работата на свои колеги и избрали 15 най-обещаващи кандидати. Важно условие било да се гарантира, че ензимът работи в присъствието на диетиленгликол при нагряване. При тези обстоятелства към стабилността на протеина били поставени специални изисквания. След проверката останали 3 най-обещаващи ензима, чиито белтъчни форми били потърсени в реални бази данни за белтъчни структури и в базата данни за предсказване на белтъци AlphaFold на Google.
Ефективността на търсенето чрез AlphaFOld се оказала ниска, поради което учените адаптирали за целите си невронните мрежи Pythia-Pocket и Pythia. Задачите на изкуствения интелект включваха анализ на аминокиселините в състава на обещаващи ензими – колко силно могат да реагират с други химикали, както и определяне на стабилността на ензимите в работни условия. Прецизирането на AI инструментите доведе до създаването на още един – платформата GRAS, която се справи най-добре със задачите.
Алгоритъмът GRAS представи 24 кандидат-ензими за разграждане на полиуретан, 21 от които потвърдиха активността си в експерименти, а 8 от тях бяха 30 пъти по-добри от естествените протеини. В присъствието на диетиленгликол и при нагряване до 50°C един от ензимите превъзхожда естествения 450 пъти, като за 12 часа разгражда 98% от полиуретана до основните му химични елементи. Разширяването на работата показва, че ефективността на ензима намалява незначително, като 95% от пластмасата се рециклира при преработката на един килограм полиуретан. Стабилността на ензима също е била безупречна – той е издържал на трикратна употреба, без да се разгради.
Алгоритъмът на GRAS е в състояние да предвиди протеини за разграждане на други видове пластмаса. Изкуственият интелект доказа, че не е самодържец, консумиращ невъобразими количества енергия, а партньор и помощник, проправяйки пътя към пълното рециклиране на пластмасата и повторното използване на съставящите я химикали.
Източник: kaldata.com