A first look at some potentially plastic degrading enzymes
(2019) KEMR33 20191Department of Chemistry
- Abstract
- The many advantageous abilities of plastics have made them omnipresent in today’s society. However, the low cost of production, light weight, durability and insolubility in water combined with inadequate waste handling have led to a vast and increasing accumulation of plastics in nature, approximated to be over 6 300 million tons (Geyer, Jambeck and Law, 2017, ‘Production, use, and fate of all plastics ever made’, Science Advances, 3(7), pp. 1-5). In addition to being unsustainable and environmentally hazardous, this is an enormous waste of resources. Thus, new recycling methods which are economically favourable compared to de novo production and which don’t require any hazardous chemicals or large amounts of energy are being sought among... (More)
- The many advantageous abilities of plastics have made them omnipresent in today’s society. However, the low cost of production, light weight, durability and insolubility in water combined with inadequate waste handling have led to a vast and increasing accumulation of plastics in nature, approximated to be over 6 300 million tons (Geyer, Jambeck and Law, 2017, ‘Production, use, and fate of all plastics ever made’, Science Advances, 3(7), pp. 1-5). In addition to being unsustainable and environmentally hazardous, this is an enormous waste of resources. Thus, new recycling methods which are economically favourable compared to de novo production and which don’t require any hazardous chemicals or large amounts of energy are being sought among organisms which are able to degrade what was previously considered biologically non-degradable plastics. One such organism is the bacteria Ideonella sakaiensis which is able to use PET (for instance used in soda bottles) as its source of carbon and energy using a PET-degrading enzyme known as PETase (Yoshida et al., 2016, ‘A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)’, Science, 351(6278, pp. 1196-1199). In this thesis, the first glance at a number of novel PETase-homologs as well as a lipase is presented, including the results of their expression, melting point and hydrolysis of para-nitrophenyl esters. Nothing conclusive can be stated regarding the plastic degrading abilities (or lack thereof) of the proteins, but the results may provide some insights beneficial to future studies. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Med ordet ’plast’ avses i vardagligt bruk typiskt helt eller delvis syntetiskt framställda polymerer (långa kedjor av upprepande mindre enheter), ofta tillverkade av ursprungligen fossilt råmaterial. Tack vare det stora omfång av önskvärda egenskaper som plaster generellt besitter, däribland uthållighet mot biologisk och kemisk nedbrytning samt låga produktionskostnader, har plaster blivit allstädes närvarande i, och utgör en förutsättning och ett kännetecken för, det moderna samhället.
Plasters beständighet leder dock till att de i praktiken inte bryts ned i naturen utan istället ansamlas och påverkar jordens ekosystem. Denna ackumulering innebär inte bara en rent fysisk nedskräpning av plastskräp som djur kan försöka äta eller trassla... (More) - Med ordet ’plast’ avses i vardagligt bruk typiskt helt eller delvis syntetiskt framställda polymerer (långa kedjor av upprepande mindre enheter), ofta tillverkade av ursprungligen fossilt råmaterial. Tack vare det stora omfång av önskvärda egenskaper som plaster generellt besitter, däribland uthållighet mot biologisk och kemisk nedbrytning samt låga produktionskostnader, har plaster blivit allstädes närvarande i, och utgör en förutsättning och ett kännetecken för, det moderna samhället.
Plasters beständighet leder dock till att de i praktiken inte bryts ned i naturen utan istället ansamlas och påverkar jordens ekosystem. Denna ackumulering innebär inte bara en rent fysisk nedskräpning av plastskräp som djur kan försöka äta eller trassla in sig i utan tycks även påverka på en cellulär nivå: Små plastbitar (så kallade mikroplaster eller nanoplaster) adsorberar och bär med sig olika organiska miljögifter, olika hälsovådliga tillsatser till plaster (flamskyddsmedel, mjukgörare, m.m. som i flera fall har visat sig kunna störa det endokrina systemet hos människor) läcker med tiden ut och de spjälkningsprodukter som kan bildas genom den långsamma nedbrytningen av plast kan vara hälsovådliga.
Återvinning av plast har nackdelarna att den ej är ekonomiskt lönsam jämfört med nyproduktion och att den återvunna plasten typiskt är av lägre kvalité än den nytillverkade plasten medan förbränning, vilket förvisso löser nedskräpningsproblemet och erbjuder en form av energiåtervinning, släpper ut växthusgaser (och beroende på plasten eventuellt andra icke önskvärda ämnen så som HCl från PVC).
Därför är det av intresse att identifiera organismer (och specifika enzym) som förmår bryta ned plast för att därigenom kunna utveckla biologiskt baserade återvinningsmetoder. Nyligen identifierades en bakterie, Ideonella sakaiensis, vilken kan utnyttja PET-plast som kol- och energikälla. Det enzym som påskyndar själva spjälkningen av plastens ryggrad (bryter ned polymeren tillmindre enheter) kartlades och fick namnet ’PETas’.
I denna uppsats redovisas resultaten av en första undersökning av ett antal okända proteiner vilka utifrån sina likheter med PETas förmodades möjligen kunna spjälka plast. Även ett lipas undersöktes då de bindningar som lipaser klyver i fett (esterbindningar) återfinns hos vissa plaster (så som PET). Resultaten för bland annat genuttryck, smältpunktsanalys och hydrolys av para-nitrofenolestrar redovisas. Inga definitiva slutsatser kunde dras angående proteinernas plast-spjälkande förmågor men förhoppningsvis kan resultaten vara till gangn för framtida studier därkring. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8983803
- author
- Pålsson, Björn LU
- supervisor
- organization
- course
- KEMR33 20191
- year
- 2019
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- PETase, PET, plastic degrading, enzyme, biotic degradation, plastic degrading organisms, biochemistry, biokemi
- language
- English
- id
- 8983803
- date added to LUP
- 2019-07-04 13:27:32
- date last changed
- 2019-07-04 13:27:32
@misc{8983803,
abstract = {{The many advantageous abilities of plastics have made them omnipresent in today’s society. However, the low cost of production, light weight, durability and insolubility in water combined with inadequate waste handling have led to a vast and increasing accumulation of plastics in nature, approximated to be over 6 300 million tons (Geyer, Jambeck and Law, 2017, ‘Production, use, and fate of all plastics ever made’, Science Advances, 3(7), pp. 1-5). In addition to being unsustainable and environmentally hazardous, this is an enormous waste of resources. Thus, new recycling methods which are economically favourable compared to de novo production and which don’t require any hazardous chemicals or large amounts of energy are being sought among organisms which are able to degrade what was previously considered biologically non-degradable plastics. One such organism is the bacteria Ideonella sakaiensis which is able to use PET (for instance used in soda bottles) as its source of carbon and energy using a PET-degrading enzyme known as PETase (Yoshida et al., 2016, ‘A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)’, Science, 351(6278, pp. 1196-1199). In this thesis, the first glance at a number of novel PETase-homologs as well as a lipase is presented, including the results of their expression, melting point and hydrolysis of para-nitrophenyl esters. Nothing conclusive can be stated regarding the plastic degrading abilities (or lack thereof) of the proteins, but the results may provide some insights beneficial to future studies.}},
author = {{Pålsson, Björn}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{A first look at some potentially plastic degrading enzymes}},
year = {{2019}},
}