最近、AIを駆使して設計された新たな酵素がプラスチックの消化能力を持つ可能性があるとの報告がある。酵素は自然界に広く存在し、化学反応を促進する役割を果たすが、プラスチックのような複雑な物質を分解する酵素の設計は、従来の方法では難しいとされてきた。しかし、AI技術の進展により、今まで見たことのない新しい酵素を設計するチャンスが生まれた。この研究チームは、エステル結合の分解を対象にした新しい酵素の設計に成功した。エステル結合は、炭素原子が酸素原子で繋がれている結合であり、プラスチックポリマーに多く含まれている。特にポリエステルの名称もこの結合から由来している。
酵素の働きは非常に複雑であり、特にこの新しい酵素は、エステルを分解する際に複数のステップを経る必要がある。研究者たちは、AIツールのRFDiffusionを使用し、既存のエステル分解酵素の平均アミノ酸位置を見つけ出し、それを基に新しいタンパク質を設計した。129種のタンパク質が設計されたが、そのうち蛍光反応を示したものはわずか2種であった。
この結果を受け、さらなるAIの活用が模索された。PLACERというAIを使い、既知の構造のタンパク質からのデータを元に、反応に必要な構造の変化をモデル化し、反応性の高い酵素を見つけ出そうとした。こうした試行の結果、18%以上の酵素がエステル結合を分解できることが示された。さらに、反応の中間状態を保持する構造を見つけ出すことで、研究者たちは実際の生物に似た酵素を設計できた。
新しい酵素の設計には、多くの計算が必要で、とても大規模なプロジェクトであったが、その過程の多くはコンピュータ上で行われるため、効率的に進めることができた。もしこの研究が成功を収めれば、従来の酵素が未対応だったエステル結合の分解を実現する新たな手段が得られることになる。このプロジェクトは、AIの助けを借りて、プラスチックのリサイクルと地球環境への貢献につながる可能性を秘めている。今後の研究の進展が期待される。