Екологічна криза пластикового забруднення вимагає комплексних технологічних рішень, оскільки різні полімери мають унікальну хімічну будову. Метод, який успішно розщеплює один тип пластику, виявляється абсолютно марним для іншого. Попри успішний синтез речовин для утилізації ПЕТ чи поліестеру, ці розробки вирішують лише частину проблеми. Нещодавно міжнародна група дослідників за допомогою штучного інтелекту створила унікальний штучний фермент. Цей каталізатор ефективно розкладає поліуретан, який фабрики використовують для випуску взуттєвих підошов, меблевих наповнювачів та захисної піни, повідомляє видання ArsTechnica у листопаді 2025 року.
Як штучний інтелект розрахував унікальний білок
Щоб знайти дієвий каталізатор, науковці спочатку проаналізували всі відомі у природі ферменти, здатні руйнувати міцні поліуретанові зв’язки. Із п’ятнадцяти відібраних кандидатів лише три зразки продемонстрували мінімальну активність, проте жоден з них не зміг розщепити пластик на первинні хімічні мономери.
Тоді вчені задіяли нейромережеві моделі AlphaFold та Pythia, які передбачають тривимірну конфігурацію складних білкових ланцюгів. Ці ШІ-інструменти допомогли ідентифікувати раніше невідомі білкові структури з подібною геометрією молекул. Після цього команда використала власну розробку GRASE (Graph neural network-based Recommendation of Active and Stable Enzymes). Ця графова нейромережа прогнозує, які комбінації амінокислот створять максимально стабільний та ефективний білок із заданими параметрами.
| Метод утилізації поліуретану | Екологічний вплив | Швидкість та ефективність | Кінцевий продукт |
|---|---|---|---|
| Механічна переробка (подрібнення) | Середній (вимагає багато енергії) | Низька якість отриманого матеріалу | Низькосортна піна, непридатна для повторного циклу |
| Термічне спалювання | Дуже високий (викиди токсичних газів) | Швидке знищення відходів | Попіл та вуглекислий газ |
| Природні ферменти | Мінімальний (природний біорозпад) | Вкрай повільний (тижні або місяці) | Частково розщеплені олігомери |
| ШІ-фермент (система GRASE) | Мінімальний (екологічно чистий процес) | Висока (98% розпаду за 12 годин при 50 °C) | Чисті хімічні мономери для нового виробництва |
Результати випробувань штучного білка
Учені синтезували 24 варіанти білків на основі прогнозів ШІ. Більшість із них показали високу біологічну активність, а деякі перевершили за потужністю всі існуючі природні аналоги. Зокрема, лідер серед синтезованих ферментів працював у 30 разів швидше за звичайні білки. Коли розробники додали діетиленгліколь та підігріли суміш до 50 °C, ефективність каталізатора зросла у 450 разів. Вчені виділяють кілька ключових досягнень експерименту:
- білок успішно розклав 98% тестового поліуретану всього за 12 годин роботи;
- фермент повністю зберіг свою активність протягом кількох циклів очищення та повторного використання;
- у масштабних промислових тестах каталізатор переробив понад 95% щільних полімерних відходів;
- отримані в результаті реакції мономери підходять для створення нового високоякісного пластику.
Науковці переконані, що графові нейромережі на кшталт GRASE відкривають нову еру в біотехнології очищення довкілля. Штучний інтелект навчився не просто копіювати природні структури, а самостійно конструювати нові білкові молекули з унікальними властивостями. Цей прорив дозволить переробляти типи пластику, які сьогодні просто накопичуються на звалищах.
Підсумок
У листопаді 2025 року науковці за допомогою ШІ-моделей AlphaFold та спеціалізованої графової нейромережі GRASE синтезували штучний фермент для повної переробки поліуретану. Новий каталізатор розщеплює 98% щільних пластикових відходів на первинні чисті мономери всього за 12 годин при температурі 50 °C, що у 450 разів перевищує швидкість природних аналогів. Цей біотехнологічний прорив дозволить промисловості налагодити замкнений цикл виробництва взуття та меблів, мінімізуючи накопичення стійких пластикових відходів на звалищах планети.
