生物工学：遺伝子操作した酵素をPLAに埋め込んで自己生分解性プラスチックを作製する
Nature 631, 8022 doi: 10.1038/s41586-024-07709-1
プラスチックの生産量は2022年には4億トンに達し、その大部分が梱包用プラスチックと使い捨てプラスチックである。結果として生じる廃棄物は、最終的に埋め立てられたり、焼却されたり、環境中に廃棄されたりして、環境汚染の一因となっている。効率的な廃棄物管理の代替策として、生分解性プラスチックや堆肥化可能なプラスチックへの移行がますます考慮されるようになってきている。ポリ乳酸（PLA）は最も広く使われている生物由来のポリマーだが、家庭用コンポストや土壌の条件下での生分解速度は低い。今回我々は、スケーラブルな工業工程を用いて、最適化した酵素を埋め込み、室温で確実に素早く生分解や堆肥化ができるようにしたPLAベースのプラスチックについて報告する。まず、構造に基づく合理的な改変により新しい超耐熱性PLAヒドロラーゼを作製して、活性を80倍に高めた。次にこの酵素を、マスターバッチを利用した溶融押出法によってPLA母材中に均一に分散させた。液体製剤の酵素を70°Cでの溶融押出によって低融点ポリマーのポリカプロラクトンに組み込み、「酵素化した」ポリカプロラクトンマスターバッチを作製した。さらに、マスターバッチペレットを160°Cでの溶融押出によってPLAへと組み込み、酵素化PLAフィルム（0.02％ w/w酵素）を作製した。このフィルムは、家庭用コンポストの条件下で20～24週以内に完全に分解され、家庭での堆肥化の基準を満たした。この酵素化フィルムの力学特性や分解性は工業包装用途にも適しており、長期保管中も損なわれることはなかった。この革新的な材料は、コンポスターやバイオメタン産生に新たな道を開くだけでなく、PLA分解に関する実現可能な工業的解決策ももたらすだろう。
