To podjetje z umetno inteligenco ustvarja encime, ki jedo plastiko

Odlagališča smeti so prepolna plastičnih odpadkov. Podjetje Protein Evolution serijskega izumitelja Jonathana Rothberga je našlo rešitev. S pomočjo umetne inteligence je ustvarilo encime, ki lahko star tekstil iz poliestra reciklirajo v material, ki deluje kot nov. Zdaj mora tri leta staro podjetje dokazati, da se lahko razširi.

V laboratoriju v Connecticutu stroj plastične odpadke segreje na 280 stopinj Celzija in izpljune lesketajoče se pramene materiala, ki se na zraku strdijo. To snov – izdelano iz tekstila in postindustrijskih odpadkov, ki so bili namenjeni na odlagališče – bodo na drobno zmleli, da ustvarijo čim večjo površino.

Kmalu bo postala hrana za encim, ki ga je s pomočjo umetne inteligence ustvarilo zagonsko podjetje Protein Evolution. Ta želi z umetno inteligenco razviti nove encime, ki bodo lahko razgradili plastiko in tekstil na osnovi plastike.

Materiala, ki nastane pri postopku, Protein Evolution ga imenuje biopure, naj ne bi bilo mogoče ločiti od poliestra, izdelanega iz nafte, in se lahko v enaki meri uporablja pri izdelavi tkanin. Protein Evolution upa, da bo njegov encimski postopek omogočil, da bodo stara oblačila, rjuhe in drugi izdelki iz tekstila v celoti primerni za recikliranje.

Zdaj se reciklira le devet odstotkov plastike

Svet se sooča z resnim problemom zaradi plastike, saj je letno proizvedemo približno 460 milijonov ton, ta številka pa se bo zaradi vse večjega obsega nakupovanja le še povečevala. Po podatkih Organizacije za gospodarsko sodelovanje in razvoj se dejansko reciklira le devet odstotkov plastike. Preostanek konča na odlagališčih ali v sežigalnicah – in prav na to cilja soustanovitelj Protein Evolutiona Jonathan Rothberg. “Reciklirati je treba tistih 91 odstotkov, ki jih ljudje ne,” pravi Rothberg, sicer serijski izumitelj in podjetnik, ki je najbolj znan po izumu in komercializaciji hitrega sekvenciranja DNK.

V teh 91 odstotkih znanstveniki vidijo možnosti za tako imenovano biološko recikliranje – uporabo encimov, ki hitro razgradijo plastiko, ne da bi pri tem ustvarili mikroplastiko ali razkrojili material. Vendar je število morebitnih encimov, ki jedo plastiko, večje od števila atomov v znanem vesolju, zato raziskovalci s težavo napredujejo na tem področju.

Tu vstopi umetna inteligenca. “V zadnjih petih letih je svet encimskega inženiringa zaradi umetne inteligence doživel razcvet,“ pravi glavni direktor tehnološkega oddelka Jay Konieczka, ko je v belem laboratorijskem plašču stal ob reaktorju, napolnjenem z encimi in vodo, ki bodo plastiko razgradili na njene osnovne sestavine.

Avtorsko zaščiteni model umetne inteligence Protein Evolutiona vključuje javno dostopne podatke o več deset tisoč beljakovinah, ki mu pomagajo pri pripravi na tisoče aminokislinskih zaporedij, ki predstavljajo nove encime. Protein Evolution nato uporabi algoritme, vključno s sistemom AlphaFold AI, ki ga je razvil Google DeepMind in ki predvideva strukturo proteina na podlagi njegovega aminokislinskega zaporedja, ter v laboratorijskih reaktorjih testira tiste, ki so videti najbolj obetavni.

V Protein Evolutionu upajo, da bodo leta 2028 zgradili komercialni obrat z zmogljivostjo 50.000 ton reciklirane plastike na leto.

Priprave na pilotni predelovalni obrat

Konieczka pravi, da je bila večina novih encimov, ki jih je ob začetku projekta Protein Evolution predlagal model umetne inteligence, “smeti”. Ko pa je ekipa vključila nove informacije o tem, kaj deluje in kaj ne, se je model umetne inteligence sčasoma naučil oblikovati boljše encime, ki požirajo plastiko.

Konieczka meni, da lahko še naprej izboljšuje zasnovo, tako da bodo delovali hitreje ali pri nekoliko nižjih temperaturah, s čimer bo celoten postopek postal učinkovitejši in cenejši. “Od prvega dne smo se osredotočili na stroške,” pravi Connor Lynn, soustanovitelj Protein Evolutiona, ki podjetje tudi vodi.

S 25 milijoni dolarjev tveganega kapitala na zalogi in načrti, da bo letos zbralo še vsaj toliko, se tri leta staro zagonsko podjetje pripravlja na gradnjo pilotnega predelovalnega obrata, ki bi lahko leta 2025 dosegel zmogljivosti za proizvodnjo 300 ton reciklirane plastike na leto. Nato upa, da bo leta 2028 zgradilo komercialni obrat z zmogljivostjo 50.000 ton na leto.

Kdo še je v biološkem recikliranju

Protein Evolution ni edino podjetje, ki si prizadeva, da bi biološko recikliranje postalo resničnost. Francoski Carbios, ki kotira na borzi s tržno vrednostjo približno 400 milijonov dolarjev, je pred kratkim v bližini belgijske meje začel graditi obrat za biološko recikliranje PET plastike z zmogljivostjo 50.000 ton letno.

Tu je še Breaking, ki se zanaša na mikrob, imenovan X-32, ki žveči in žre plastiko. Nedavno se je izločil iz podjetja Colossal Biosciences, ki sta ga soustanovila harvardski genetik George Church in podjetnik Ben Lamm in je najbolj znano po poskusu oživitve volnatega mamuta. “Menimo, da je to eksistenčni problem, s katerim bi se moralo ukvarjati tisoč podjetij,” poudari Lamm.

Tveganja

Za vsa ta podjetja je to še vedno zgodnja faza in povečevanje obsega je povezano s tveganjem. Protein Evolution danes ustvarja le majhen del prihodkov iz razvojnih pogodb s peščico potrošniških blagovnih znamk, vključno z britansko oblikovalko Stello McCartney.

Da bi Protein Evolution dosegel komercialni obseg, bo moral zgraditi svoj obrat z zmogljivostjo predelave 50.000 ton letno, se vključiti v dobavno verigo za odstranjevanje plastičnih odpadkov, da bi pridobil ali kupil dovolj materiala za recikliranje. Ob tem pa bi moral ohraniti dovolj nizke stroške, da bodo blagovne znamke pripravljene kupovati njegov poliester.

“Nobenega razloga ni, da ta tehnologija ne bi delovala in se ne bi mogla razširiti. Encimsko tehnologijo uporabljamo v vseh drugih industrijskih procesih,” poudarja Richard Wielechowski, višji analitik za naložbe v tekstil pri Planet Trackerju. “Encimi se na primer uporabljajo pri čiščenju odpadnih voda in pri proizvodnji zdravil. Resnični zadržek v mojih očeh so še vedno stroški.”

Lynn pričakuje, da bodo letni prihodki iz kmalu delujočega pilotnega obrata prihodnje leto dosegli enomestno število v milijonih, prvi komercialni obrat pa bo po njegovem mnenju kmalu po odprtju dosegel 100 milijonov dolarjev prihodkov letno. “Podnebnega problema ne morete rešiti, če prej ne rešite problema s plastiko,” dodaja.

Kaj vse izumlja Rothberg

Enainšestdesetletni Jonathan Rothberg svoje dneve preživlja na 55 metrov dolgi jahti, zasidrani ob obali Miamija, ki je opremljena kot popoln laboratorij z napravami PCR, 3D-tiskalniki in drugo opremo. Rothberg, ki je za svoje delo na področju sekvenciranja DNK prejel ameriško nacionalno nagrado za tehnologijo in inovacije, je ustanovil ducat podjetij, med njimi tudi Detect, ki je v začetnem obdobju pandemije zasnovalo domače teste PCR za covid-19, in podjetje Butterfly Network, ki je aparate za pregled z ultrazvokom zmanjšalo na velikost ročnega aparata.

Po prodaji prejšnjega podjetja, povezanega z encimi (RainDance Technologies), družbi za medicinsko diagnostiko Bio-Rad Laboratories za 73 milijonov dolarjev, sta s 25-letnim Lynnom, ki je z njim sodeloval pri strategiji in financah že v drugih zagonskih podjetjih, začela raziskovati, kaj bi še lahko počela z encimi. “Encime sva že osvojila, vendar nisva imela prave ideje za uporabo,” je dejal Lynn.

Ljudje nič ne začnejo uporabljati, dokler ni cena enaka ceni stvari, ki jo zamenjajo.

Jonathan Rothberg, Protein Evolution

Kako nastane Protein Evolution

Dokazi, da lahko encimi razgrajujejo plastiko, segajo več desetletij nazaj. Leta 2016 je japonska raziskovalna skupina objavila članek, v katerem je opisala, da lahko encim, imenovan PETase, prežveči plastenke PET. Vendar narava encima ni zasnovana tako, da bi deloval na plastiko. Da bi lahko dosegli napredek pri reševanju problema plastičnih odpadkov, bi moral plastiko požirati veliko hitreje. Če pa bi lahko razvili pravi encim, bi bil idealen za reševanje težav s plastiko, ki se na odlagališču razgradi šele po več sto letih in se tudi potem spremeni v vse manjše delce mikroplastike.

Rothberg je spoznal, da bi bilo reševanje problema plastike lahko idealen cilj za razvoj novih encimov s pomočjo umetne inteligence, ko je spoznal Ludwika Leiblerja, fizika na fakulteti ESPCI ParisTech. Leibler je že desetletja preučeval lastnosti plastike. Ekipa na ESPCI se je ukvarjala z inženiringom encimov, ki bi lahko razgradili polimere na njihove gradnike, znane kot monomeri, kar bi omogočilo recikliranje.

“Ludwik je rekel: Poglejte, ne gre samo za požiranje plastike,” se spominja Rothberg. “Plastika sploh ni pripravljena za uživanje. Ni v takšni obliki, ki bi encimom omogočala, da se ji dovolj približajo. Najprej morate plastiko odpreti, šele nato lahko uporabite svojo encimsko tehnologijo.”

Oktobra leta 2021 sta Rothberg in Lynn ustanovila Protein Evolution, ki se osredotoča na recikliranje plastike. (Podjetje, tako kot druga Rothbergova zagonska podjetja v zgodnji fazi, še nima glavnega direktorja.) Nato so raziskovalci začeli razvijati encime z uporabo umetne inteligence, da bi se hitro prebili skozi nepredstavljivo število potencialnih encimov.

Povezovanje s Stello McCartney

“Kombinacija uporabe umetne inteligence in biološkega inženiringa jim je omogočila zelo hiter napredek,” pravi Sophie Bakalar, vlagateljica pri skladu Collaborative Fund, ki je pred naložbo v Protein Evolution preučil številna podjetja za recikliranje plastike. “Umetna inteligenca je zdaj zelo vroča tema, vendar so se z njeno uporabo resnično ukvarjali že od začetka. Ne gre za podjetje, ki bi v zadnjem trenutku skočilo na ta vlak.”

Protein Evolution se je za predstavitev svojega biološkega postopka recikliranja povezal z modno oblikovalko Stello McCartney in ji poslal reciklirane materiale, izdelane iz najhujših plastičnih odpadkov, ki so jih lahko našli – močnih industrijskih trakov, ki se uporabljajo za zavarovanje tovornih zabojnikov. Na konferenci Združenih narodov o podnebnih spremembah COP 28 v Dubaju decembra lani je McCartney pokazala puhasto jakno ovsene barve, ki jo je izdelala iz teh materialov in je prvo oblačilo, izdelano z biološkim recikliranjem.

Čeprav je to bila le jakna za razstavo, je McCartney, dolgoletna zagovornica trajnostne mode, za Forbes povedala, da upa, da bo lahko te materiale uporabljala v svojih konfekcijskih oblačilih in veganskih modnih dodatkih. “Rešitve, kot jih predstavlja Protein Evolution, so prihodnost mode – prihodnost, v kateri lahko s krožnim gospodarstvom in recikliranjem preoblikujemo odpadke ter ustvarjamo zaželene prestižne izdelke brez uporabe novih materialov,” je v elektronskem sporočilu zapisala McCartney.

McCartney je kot posebna svetovalka modnega velikana LVMH za trajnostni razvoj tudi povedala, da je uporabo teh materialov promovirala pri LVMH in njegovem glavnem izvršnem direktorju, milijarderju Bernardu Aurnaultu. “Upam, da bodo še naprej sledili našemu trajnostnemu zgledu,” je zapisala.

Rešitve, kot jih predstavlja Protein Evolution, so prihodnost mode.

Stella McCartney, modna oblikovalka

Pogodbe s petimi znamkami

Poleg Stelle McCartney je po Lynnovih besedah Protein Evolution do zdaj podpisal razvojne pogodbe s petimi modnimi blagovnimi znamkami, vendar jih ni želel imenovati, ker se je skliceval na sporazume o nerazkrivanju podatkov. Podjetje ima zdaj agresiven časovni načrt za komercializacijo. Lynn upa, da bodo dobili vladne spodbude za gradnjo novega obrata.

Poleg tega meni, da bodo državni predpisi, kot je prepoved pošiljanja tekstila na odlagališča v Massachusettsu, spodbudili povečanje povpraševanja po reciklirani plastiki. Dejal je tudi, da bi moral biti Protein Evolution sposoben reciklirani poliester proizvajati po ceni, ki bi bila skoraj enaka ceni novega materiala na osnovi nafte.

“Ljudje nič ne začnejo uporabljati, dokler ni cena enaka ceni stvari, ki jo zamenjajo,” pravi Rothberg.

Tiffany Hua, analitičarka pri Lux Researchu, ki spremlja tekstil in njegovo recikliranje, je dejala, da encimsko recikliranje veliko obeta, vendar je to še vedno zgodnja faza inovacije, zato se bo Protein Evolution soočil s ključnimi vprašanji, ko bo zgradil svoje obrate. “Menim, da gre za transformativno inovacijo, ki je združila različna področja,” je dejala. “Pri industrijskih procesih je veliko prilagajanja, pri tovrstnih bioloških procesih recikliranja pa je to še bolj zapleteno.”

Iz slabe plastike dobra plastika?

Lynn upa, da se bodo dolgoročno uveljavili tudi zunaj področja mode in da bodo poleg poliestra delali na recikliranju sintetičnih materialov, kot je najlon, ali morda celo tkanin, ki so bile prevlečene z “večnimi kemikalijami” ali kemikalijami PFAS. “Poliester je povsod,” poudarja. “Zanimajo nas poceni oblačila in alternativne uporabe poliestra ter preproge, pa tudi področje embalaže.”

Potencialno večji cilj, o katerem razmišlja Protein Evolution, je uporaba encimov za razvoj nove vrste plastike, ki bi se sama biološko razgradila. To je sveti gral za tiste, ki jim je mar za okolje.

“Ko plastiko PET razgradite na osnovne gradnike, jo lahko znova sestavite kot snov PET? Da, vsekakor. Ali jo lahko sestavite v različne stvari z novimi lastnostmi in možnostmi uporabe? Da, zagotovo lahko,” pravi Paul Anastas, profesor okoljske kemije na univerzi Yale in nekdanji visoki uradnik ameriške agencije za zaščito okolja EPA, zdaj pa znanstveni svetovalec Protein Evolutiona. “Ne gre samo za to, da se deli razstavijo in ponovno sestavijo na enak način. Gre za spreminjanje slabe plastike v dobro plastiko.”

Avtorica članka je Amy Feldman.