“酶中战斗机”现身，PET塑料遇克星
塑料在为人类带来便利的同时，也导致了大量白色垃圾的出现，它们在自然界中的降解速度往往要以世纪为单位来进行计算。
不过，在一篇新发表于《自然》的研究中，研究人员借助AI机器学习系统，开发了一种新的PET塑料（聚对苯二甲酸乙二酯）水解酶，能在1周内降解50多种无需预处理的PET塑料。
48小时内，FAST-PETase将PET塑料容器完全降解
图片来源：参考文献1
这种酶到底牛在哪里？AI又是如何辅助酶开发的呢？
Part.1
生化反应的“魔法师”——酶
从高中课本中我们已经了解到酶是活细胞制造的某些特殊蛋白质（极少数是RNA），它们参与到生物体内一系列生化反应中，通过复杂而精妙的机制调控反应进行的速率、方向以及程度等，堪称是生物体内的魔法师。
但酶的作用环境早已不再局限于生物体内，在现代工业体系下我们可以人工制备生物酶，并将其用于洗涤剂、原油污染处理、生物质燃料制备、杀灭有害细菌等场合。这次新升级的PET水解酶就是人类最新研发的人工酶之一。
我们已经提到，酶的本质是蛋白质一类的生物大分子，那么蛋白质到底是一种怎样的物质，它们又是如何参与化学反应的呢？
蛋白质的组成单元是氨基酸，其结构非常简单。氨基酸结构上的中心是碳原子，它一侧连接氨基（-NH2，称为N端），另一侧连接羧基（-COOH，称为C端）。而与碳原子相接的侧链基团R，则会因氨基酸种类的差别而有所不同。
首先，某个氨基酸的氨基和另外一个氨基酸的羧基可以发生脱水缩合反应，形成-CO-NH-的连接方式，这就是肽键。实际中的蛋白质由一系列的氨基酸通过肽键聚合形成长链结构。
两个氨基酸脱水缩合的示意图
图片来源：wikipedia
但这一系列氨基酸又绝非沿着直线排列，而是会自发地形成某种空间结构，好比一根毛线绕成了线团。
最为神奇的是，这串氨基酸长链形成的“线团”，并非是随机“缠绕”形成，一旦组成蛋白质的氨基酸序列确定下来，它们的“缠绕”方式也会确定，这就是所谓的“蛋白质折叠”。
蛋白质的四级结构（左）及蛋白质数据库中多样化的蛋白质（右）
图片来源：OpenStax College
真正让蛋白质能够发挥生理活性的关键，是它们特殊的空间结构，一旦这种空间结构被破坏（比如煮熟的鸡蛋），就算组成蛋白质的氨基酸序列不发生变化，蛋白质所能行使的生理机能也会减弱、失活甚至是失控。
蛋白质行使生理机能的本质是参与各种化学反应，它们复杂的多样性意味着它们所能参与的反应也有无限多的可能。
而酶作为特殊的蛋白质，更是在调控生物化学反应方面发挥着巨大作用，它们往往扮演着催化剂的角色，在酶存在的条件下，生化反应速率能够提高上亿倍。
Part.2
酶中战斗机——PET降解酶
全球每年产生和消费的PET总量占到全球塑料消费总量的六分之一，大约为1亿吨，大部分的透明饮料瓶都是PET所制。
虽然PET是循环利用率最高的塑料制品之一，但最终实现循环利用的PET制品也只有不到一半的数量。
由于PET这类高聚物中各单体间的化学键很难被普通方式破坏，在普通的塑料回收过程中，仅仅可以实现原料的降级再利用。
例如食品级PET塑料瓶回收后用来加热溶解成PET颗粒，之后重新进行热加工，制成PET纤维，再利用纤维制造塑料绳或者塑料袋等。
而PET降解酶却可以直接破坏这种高聚物中的化学键，将其还原为对环境影响很小的对苯二甲酸和乙二醇。
PET回收利用的经典路线：分类——碾碎——制粉——化学纤维——环保编织袋
图片来源：参考文献3
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