Nový chimérický protein rozkládá plastové mikročástice téměř při pokojové teplotě.
Sasanka Actinia fragacea. (Foto: Janek Pfeifer/Wikimedia)
Ideálním způsobem recyklace plastu je jeho rozbití na jednotlivé části, které lze následně recyklovat do chemické syntézy. Takový postup by ale měl být pohodlný a levný, neměl by vyžadovat mnoho energie, štěpící reakce by neměly vyžadovat žádné vysoké teploty, vysoký tlak atd. Mezi enzymy se proto hledají degradátory plastů. Takové enzymy mají moli, červi a bakterie. Nejslibněji zde vypadají bakterie – jejich metabolismus je extrémně flexibilní a rozmanitý a mohou mít enzymy pro širokou škálu úkolů.
Asi před deseti lety byla v Japonsku nalezena bakterie Ideonella sakaiensis – má bílkovinu, která rozkládá polyethylentereftalát (PET, ze kterého se vyrábí plastové lahve a spousta dalších věcí) na tereftalát a etylenglykol. Enzym sám působí pomalu, zvláště na tvrdém plastu; a pokud plast změkne zahříváním, enzym sám se rychle stane nepoužitelným. Snažili se ho vylepšit mutacemi, zvýšili jeho účinnost a tepelnou stabilitu. Účinnost byla zvýšena 10 tisíckrát oproti přírodní verzi, navíc upravený enzym mohl pracovat při teplotě 72°C – dostačující ke změkčení PET.
Ale topit na 72 °C je pořád hodně, pořád to stojí energii. Popisují pracovníci barcelonského superpočítačového centra spolu s kolegy z dalších vědeckých center ve Španělsku Přírodní katalýza nový protein, který dokáže rozložit PET plast při teplotě pouhých 40 °C (v některých zemích lze tuto teplotu nazvat pokojovou teplotou, pokud v místnosti není klimatizace) a při neutrální kyselosti, tedy při pH = 7 . Ve srovnání s jinými podobnými enzymy, tedy modifikovanými bakteriálními proteiny, které se prodávají pro komerční použití, funguje nový protein 5-10krát efektivněji.
Navíc je nejzajímavější, že zpočátku není bakteriální. Byl vzat ze sasanky Actinia fragaceaa nazývá se fragaceotoxin C (FraC). Sasanka ji využívá k vytváření pórů v cizích buňkách: několik molekul FraC se spojí (oligomerizuje) do prstence a zabuduje se do buněčné membrány – v buňce se vytvoří pórová díra, kterou cokoli vytéká ven a do buňky. (V různých mořských sasankách můžete najít další proteiny tohoto druhu, které se souhrnně nazývají aktinoporiny.) To znamená, že zpočátku FraC nic neštěpí. Ale jak už to mezi proteiny bývá, tvarem a trojrozměrnou strukturou se docela podobá něčemu jinému, v tomto případě bakterii degradujícímu PET enzymu. I. sakaiensis.
Vědci připojili několik aminokyselin z bakteriálního enzymu na protein sasanky – tyto aminokyseliny rozkládají chemické vazby v PET. Přirozeně bylo potřeba spočítat, kam přesně v molekule FraC připojit štěpící aminokyseliny, aby se protein jako celek nerozpadl z dodatečných interakcí a aby mohly fungovat nové aminokyseliny. Upravený FraC funguje ve formě nanopóru, který je tvořen osmi molekulami bílkovin. Navíc mezi těmito osmi jsou některé modifikovány jedním způsobem a některé jiným způsobem, takže požadovaná degradační aktivita PET se objeví, když se všechny spojí do katalytického kruhu. Stejně jako je originální FraC zabudován do buněčných membrán, lze prstenec modifikovaného FraC zabudovat do speciálních membrán pro filtraci vody. Nový protein si špatně poradí s velkými kusy plastu, ale odvádí dobrou práci při rozkladu mikročástic PET – stejných mikroplastů, které tiše vstupují do našeho těla. I když zde ještě budete muset konkrétně zhodnotit, jak cenově výhodné budou stanice na čištění vody s proteinovými filtry.
Autor: Kirill Staševič
- Můra vosková žere polyethylen
- Kravské mikroby rozkládají plasty
- Mouční červi jedí plast bezpečně
- Vyrobeno degradační enzym pro plasty
- Mořské bakterie se učí jíst plasty
- Lidé jedí plasty
Když se řekne vzájemná pomoc v přírodě, lidem se obvykle okamžitě vybaví symbióza a samozřejmě její klasický příklad – „přátelství“ kraba poustevníka a sasanky. Dokonce i „otec zoologie“, velký Aristoteles, před více než dvěma tisíci lety upozornil na „podivné“ raky.
Partneři krabů poustevníků, mořské sasanky nebo sasanky, žijí v moři všude: od polárních šířek po tropy, v pobřežních skalách i v bezedných hlubinách. V moři vypadá mnoho zvířat jako rostliny. Stromovité kolonie korálů zde tvoří neprostupné lesy. Hydroidní polypy a mechovky připomínají travní keře a keře. Houby jsou mechové homole a mořské sasanky jsou květiny v ponurých zahradách Neptunu. Ale mírumilovný vzhled mořských sasanek je klamný: tyto „květiny“ jsou dravé a jedovaté. Okvětní lístky mořských sasanek jsou vystlány žahavými buňkami jako kopřivami a z tlamy, z četných pórů těl, vyhazují dlouhá vlákna s otrávenými „šípy“ na konci. Jejich jed se účinností blíží kurare, jehož nepatrná kapka, jak známo, může zabít jaguára. Všichni obyvatelé oceánu se proto snaží držet dál od mořských sasanek a krabi poustevníci toho využívají s velkou výhodou.
Nacházejí se také v moři v jakékoli hloubce. Poustevníci neboli Diogenes, raci, jsou přezdíváni pro svůj neobvyklý způsob života: jako starověký mudrc Diogenes, který si udělal svůj domov ze sudu, se usazují v šnečích ulitách. Jejich břicho je měkké, nechráněné mušličkou. Schovávají ho tedy do prázdných ulit mořských šneků.
Pokud není volná ulita, napadne rak hlemýžď, vytáhne ho kousek po kousku z domu a usadí se v něm. Zacpává vchod do ulity velkým drápem.
V moři jsou ale dravci, kteří se račích drápů nebojí. Například chobotnice. Silnými chapadly ježovky snadno vylomí drápy a vytáhnou mořského poustevníka z perleťové cely.
K útěku před lupiči získává rakovina zbraně. Na dně moře najde jedovatou „květinu“ – sasanku – a přátelé začnou svůj společný život.
Věda zná více než čtyři sta druhů krabů poustevníků, jejich vztahy s mořskými sasankami se vyvíjejí různě.
Někteří z nich se usadí v hotových skořápkách, „vyzbrojených“ mořskými sasankami. Když v dospělosti rakovina změní byt, nebere si s sebou sasanku. Jednoduše ho hodí spolu s umyvadlem a hledá nový domov, nejlépe se sasankou na střeše. Je zřejmé, že zde pozorujeme počáteční fáze utváření symbiózy.
Raci arrosor a parazitická mořská sasanka se při setkání chovají odlišně.
Rak ucítil vůni svého budoucího souseda a spěšně se přiblížil ke kameni, na kterém sasanka sedí, a sevře ho nohama. Sasanka oproti zvyklostem nevyhazuje nitky a mimozemšťana neštípe, ale jen mírně stahuje chapadla. Rakovina ji hladí jako jezdce na jeho oblíbeném koni (i když na mořské sasance nejezdí rakovina, ale ona na něm). V reakci na přátelské doteky račích tlapek se mořská sasanka oddělí od kamene a pomalu se plazí k raku. Tam sedí pevně na krunýři a rak, obtěžkaný těžkým břemenem, ale zjevně spokojený s jeho získáním, se nebojácně vrhne hledat potravu.
Dalším, ještě vyšším stupněm ve vývoji symbiózy je „přátelství“ raka říčního a sasanky adamsie. Nemohou bez sebe žít. Adamsia, pokud se oddělí od rakoviny, zemře za dva nebo tři měsíce a rakovina zemře ještě rychleji – hned v prvních dnech se stane obětí chamtivosti dravých ryb a chobotnic. Málokdo proto někdy viděl raka bez sasanky. Sasanka také žije samostatně pouze v mladém věku. Nikdo nikdy neviděl velkou Adamsii v moři kromě lastur Prida.
Rakovina cítí, že je někde poblíž Adamsia, a okamžitě ji začne hledat. Adamsia palliata si nikdy nesplete s jiným druhem, byť jemu velmi podobným. I když ji zabalí do hadru, nesplete se: svou mořskou sasanku rozezná od cizí.
Rakovina neumisťuje mořskou sasanku na „střechu“ svého domu, jak to dělá mnoho jiných krabů poustevníků, ale na „prah“: zespodu, blízko otvoru skořápky. Přilepí se na skořápku pod psím stylem, za jeho tlamou. Jedná se o rafinovaný strategický krok: mořská sasanka, která zde sedí, může růst pouze do stran a nahoru. Brzy pokryje celou krunýř raka (s výjimkou jeho ostrého konce) v širokém prstenci, jako muff.
Ústa sasanky je umístěna bezprostředně za tlamou raka a když jí, sasanka se také podílí na jídle: chapadly uchopuje kousky potravy upuštěné rakem.
Ale rakovina roste a její ústa se spolu s prodlužujícím se tělem vzdalují od okraje skořápky a od ústí mořské sasanky. Aby nezůstala pozadu, staví sasanka „visutý most“: přes okraj krunýře vylučuje sliz, který rychle ztvrdne a pokryje dopředu natažené tělo raka tenkou, ale pevnou rohovitou membránou. Tím, že si sasanka tímto způsobem postaví ulitu, doplazí se ze svého předchozího místa k této nástavbě, blíže jejímu krmítku.
Rostoucí rakovina nemusí často měnit byty. Většinu svého života tráví v jedné „samostavbě“ skořápky. To je výhodné i pro sasanku: ta se také nemusí hýbat.
Když se rak, který chytil rybu, pohodlně usadí, aby ji s chutí snědl, nejen chapadla mořské sasanky sahají z krunýře pro chutné sousta. O svá práva na těžbu se hlásí další obyvatel společného domu. Mořský červ Nereis vystrčí hlavu ze dveří a popadne větší kusy. Žije ve skořápce s rakovinou. Rak o tom „ví“ a nájemníka se nedotýká.
K čemu mu je mít nocležníka? Vědci si myslí, že červ pomáhá rakovině tím, že si čistí břicho ukryté v krunýři od parazitů. Někteří raci totiž tak pevně zarostou mořskými sasankami, že se nedokážou dostat ze svých krunýřů a stráví zbytek života „v domácím vězení“.
