Ostatnio informowaliśmy, że chemicy z Northwestern University w stanie Illinois w USA są przekonani, że ich odkrycie zrewolucjonizuje recykling plastiku na świecie. Opracowali oni katalizator, który znacznie ułatwia przetwarzanie tworzyw sztucznych i to szczególnie tych najgorszych, jednorazowych. Są tak pewni swojego osiągnięcia, że według nich oznaczać może to nawet koniec sortowania plastiku.
Teraz znowu płyną dobre informacje ze Stanów Zjednoczonych. Naukowcy z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences odkryli mechanizm, dzięki któremu niektóre związki soli rozkładają odpady białkowe, takie jak wełna i pióra. Pozwala to na łagodniejszy i bardziej zrównoważony proces recyklingu białek.
Zobacz również:
Trudny upcykling białek
Mało kto wie, ale przemysł tekstylny i mięsny wytwarzają rocznie miliardy ton odpadów w postaci piór, wełny i włosów. Wszystkie te materiały są bogate w keratynę - mocne, włókniste białko, które występuje przede wszystkim we włosach, skórze i paznokciach.
Przekształcenie wszystkich tych zwierzęcych odpadów w użyteczne produkty - od opatrunków na rany po ekologiczne tekstylia - byłoby dobrodziejstwem dla środowiska i rozwinęłoby nowe, zrównoważone gałęzie przemysłu. Jednak upcykling białek jest bardzo trudny. Otóż rozkład, czyli denaturacja białek na ich części składowe, zazwyczaj wymaga stosowania żrących chemikaliów w dużych, zanieczyszczających środowisko zakładach. Taki problem był do teraz.
Sól zrewolucjonizuje recykling?
Jak można przeczytać na łamach Nature Communications efekt badań jest skutkiem wieloletnich badań nad denaturacją i keratyną.
Myśleliśmy, że może istnieć luka między obecną wiedzą na temat działania denaturacji a tym, co obserwowaliśmy
Zespół kierowany przez Kita Parkera, profesora bioinżynierii i fizyki stosowanej im. rodziny Tarr w SEAS, połączył eksperymenty i symulacje molekularne, aby lepiej zrozumieć mechanizmy, za pomocą których sole powodują rozwijanie się białek. Wykazali, że roztwór stężonego bromku litu, (związek soli), oddziałuje z cząsteczkami białek, (w tym z keratyną), w zupełnie nieoczekiwany sposób. Otóż nie wiąże się z białkami bezpośrednio, ale zmienia strukturę otaczających go cząsteczek wody. Tym samym tworzy środowisko bardziej sprzyjające rozwijaniu się białek.
Pozwoliło to naukowcom zaprojektować łagodniejszy i bardziej zrównoważony proces ekstrakcji keratyny, który by umożliwiał łatwe oddzielenie białka od roztworu - bez użycia silnych środków chemicznych.
Badania nad keratyną początkiem rewolucji w recyklingu
Jak okazuje się keratyna ekstrahowana z bromku litu może tworzyć gęste, nadające się do kształtowania żele. Te z kolei łatwo oddzielają się od otaczającego roztworu i zestalają się niemal natychmiast po ponownym umieszczeniu w wodzie.
Aby zbadać sprawę dokładniej, zespół zwrócił się do laboratorium profesora Eugene'a Shakhnovicha z Wydziału Chemii i Biologii Chemicznej, którego specjalizacją jest biofizyka białek. Symulacje dynamiki molekularnej pozwoliły im zaobserwować, że bromki litu nie oddziaływały w ogóle na białka, lecz na otaczającą je wodę.
Okazuje się, że jony bromku litu powodują, że cząsteczki wody przesuwają się w dwie różne populacje - wodę normalną i cząsteczki wody uwięzione przez jony soli. Wraz ze spadkiem objętości wody normalnej, białka zaczynają się rozwijać w wyniku przesunięcia termodynamicznego w środowisku, a nie są bezpośrednio rozrywane, jak w innych metodach denaturacji.
Nowa era w recyklingu?
Wyniki badań amerykańskich naukowców są obiecujące. Albowiem lepsze zrozumienie i zaprojektowanie mniej energochłonnych metod ekstrakcji białek, może otworzyć nowe możliwości dla przemysłu zajmującego się recyklingiem białek.
QUIZ: Czy dobrze segregujesz śmieci? Sprawdź to!
Proces ten może utorować drogę zupełnie nowemu przemysłowi biomateriałów, który miałby możliwość przetwarzanie ogromnej ilości odpadów, w tym włosów czy pióra, na tanie materiały nadające się do recyklingu. Mogłaby to być alternatywa dla tradycyjnych tworzyw sztucznych.
