So, if they can biodegrade plastic, could they be the answer to our planet's massive plastic problem?

をこのビニール袋から出してください。

Biology has found a way to some extent to deal with this.

しかし、食べられるだけではありません、

Because the latest science on this is mind-blowing.

Not only might we make plastic biodegradable, we might even one day be eating vanilla ice cream from recycled plastic and E. coli.

実は地球にも優しいんです。

Yes. I mean, it's chemically identical.

だから、もしプラスチックの生分解ができるのならは、地球上の膨大なプラスチック問題の解決策になり得るのでしょうか？

Yeah. So we'll get back to that in a minute.

生物学は、ある程度、これに対処する方法を見出しています。なぜなら、これに関する最新の科学は、心を揺さぶるものだからです。

Let's start with the worms.

プラスチックを生分解させるだけでなく、生分解させることができるかもしれません、

These little creatures are wax worms.

バニラアイスを食べる日が来るかもしれない。

Doctor Federica Bertini is a molecular biologist and she first witnessed this phenomenon when she chucked a bunch of wax worms in a plastic bag as a hobby side project because, well, who doesn't?

再生プラスチックと大腸菌からの

I bumped into the wax worms by accident because at that time, I was a beekeeper because they live in the beehives.

はい、つまり化学的に同じなんです。

They are considered plagues by beekeepers.

そうですね...

So I start cleaning my beehive, putting the worms in the plastic bag, and within a short time, I realized that they were making, producing holes.

では、その話はまた後ほど。

The plastic started to degrade almost as soon as it touched the worm's mouths.

So we thought, "ok, maybe something (is) coming out of the mouth."

まずはミミズから。

So we start collecting this liquid coming out, called the saliva, but it's the liquid coming out of the mouth.

この小さな生き物はロウソク虫です。

So, in the saliva, we found two enzymes that can reproduce the effect of the saliva, meaning oxidizing polyyne.

フェデリカ・ベルトッキーニ博士は分子生物学者であり、この現象を初めて目撃した。

And it takes a few hours at room temperature in a water solution.

というのも、趣味の副業としてビニール袋にワムシをたくさん入れていたのです。

And the amazing thing is that the worms can even digest the plastic, breaking it down into something useful for the worm.

まあ、そうでない人はいないでしょう。

The worm itself when it eats the plastic and start breaking it down, its guts react almost as if it was eating normal food.

偶然にもロウソクにぶつかってしまった

So that means that there's something happening with the physiology of the animal that extracts something out of this plastic biodegradation and it just continues as if they were a normal diet.

というのも、当時、私は養蜂家だったのです。

That's Dr Chris Lemoyne, who inspired by Federico's findings also began looking into these worms.

蜂の巣に住んでいるからです。

We found that the plastic allowed them to still retain all their fat and presumably continue with their life cycle.

養蜂家の間では疫病神とされています。

Basically, these worms are fattening themselves up by whatever necessary before they turn into moths, by which point they don't eat again, only reproduce.

そこで、ミミズをビニール袋に入れ、蜂の巣の掃除を始める、と、短時間で穴が開いていることに気がつきました。

I always call them bags of gonads that can fly because that's all they do.

プラスチックは、ミミズの口に触れたとたん、劣化が始まりました。

So there's a race underway to figure out just how this mechanism works.

そこで、よし、口から何か出てくるかもしれないと思ったのです。

That's the million or trillion-dollar question because once we figure that out, that's a trillion dollars worth of plastic we can degrade.

そこで、この出てくる液体を集め始めるのです。

Because as cool as the wax worms are, this is really about the specific combination of bacteria and enzymes that can break down plastic, something that's exceptionally rare in nature.

So why is it so rare?

私たちは唾液と呼んでいますが、口から出る液体のことです。

Why is plastic so hard to break down?

そこで、この唾液の中に、ポリエチレンを酸化させるという意味の効果を再現できる酵素が2種類見つかりました。

Well, in nature, most things decompose because bacteria breaks down the chemical bonds that hold a substance together.

そして、室温で、水溶液の状態で、数時間かかります。

These enzymes and bacteria have evolved over millennia to break down whatever it finds in front of it.

しかも、驚くべきことに、ミミズはプラスチックを消化し、ミミズにとって有用なものにまで分解することができるのです。

Then plastic comes along.

ワーム自身がプラスチックを食べて分解し始めると、まるで普通の食べ物を食べているかのように内臓が反応するのです。

Here's a scene that has long since ceased causing any surprise: dishes that bounce when they drop to the floor.

ということは、動物の生理に何かが起こっているのでは

Nowadays, it gets bad rep but it's a total game changer for humanity, but nature's never experienced it before.

このプラスチックの生分解から、何かを取り出すことができます。そして、まるで普通の食事と同じように続けるのです。

Plastics are made up of long chains of polymers with very strong bonds.

フェデリカの発見に触発され、同じくこの虫について調べ始めたクリス・ルモワン博士だ。

And one of the keys to breaking these bonds is through oxidation.

その結果、プラスチックのおかげで、脂肪を蓄えることができ、ライフサイクルを継続できることがわかりました。

That's what the worms appear to be doing with their saliva, introducing oxygen molecules to the plastic.

基本的に、この虫たちは蛾になる前に、どんな手段を使ってでも自分を太らせるのです、

And this is something that is achieved in the environment through light, for example, high temperature and this is the bottleneck if it takes a while because, you know, the environment has its own timing.

その時点でもう食べず、生殖だけを行う。

So the worms, what they do is just use multiple of oxygen.

私はいつも、空を飛ぶことができる生殖腺の袋と呼んでいます。

So in a few hours instead of months or years or whatever.

この仕組みを解明するための競争が始まっているのです。

So this is the the it's a way to overcome the bottleneck of this.

それが100万ドル、1兆ドルの問題なのですが、それがわかれば

So what's next? Unleash the worms?

1兆ドル分のプラスチックを分解することができるのです。

No, that would be a terrible idea.

なぜなら、ワックスワームがクールであるのと同様に、これは本当にバクテリアと酵素の特定の組み合わせに関するものだからです。

Remember this?

プラスチックを分解することができる

They are considered plagues by beekeepers.

But even sticking just the plastic, the process is still way too slow to realistically solve our plastic crisis any time soon.

So stand down, wax mama.

自然界で特別に珍しいものでは、なぜそんなに珍しいのでしょうか？なぜプラスチックは分解されにくいのか？

The real stars of this, though, are the enzymes.

さて、自然界では、ほとんどのものが分解されるのは、バクテリアが物質をつなぐ化学結合を分解してくれるからです。

If the researchers can identify them and scale them up, there's a chance that in the future, this could be one of the solutions.

これらの酵素やバクテリアは、目の前にあるものを何でも分解するために、何千年もかけて進化してきたのです。そこにプラスチックがやってくる。

It will take a lot of cash.

もうとっくに驚かなくなっている光景をご紹介します：床に落とすと跳ねる食器。

But now scientists are looking for similar enzymes in all sorts of other places.

今でこそ評判が悪いですが、人類にとっては全くもって画期的なことなんです。

Super worms too. So anything that's a worm in it, it seems to be prone to eat plastic.

しかし、自然は今まで経験したことがない。

In fact, over 30,000 enzymes have been identified capable of digesting ten different types of plastics.

プラスチックは、非常に強い結合を持つ高分子の長い鎖でできています。

One bacteria found in cow stomachs can be used to digest polyester, but the one that's getting everyone really excited is a bacteria called Ideonella sakaiensis and especially its enzyme, PEtase.

そして、この結合を解く鍵のひとつが「酸化」です。

Plastic waste in general, but more specifically PET has infiltrated our environment and biology has found a way to some extent to deal with this over time.

それが、ミミズの唾液で、プラスチックに酸素分子を導入しているようです。そして、それは時に光による環境、例えば高温によって実現されます。

There was a discovery outside of Japan where they had found that microbes began to colonize on parts of a water bottle.

そして、ここがボトルネックになります。環境には独自のタイミングがあるので時間がかかるのです。

Cells were actually living and maybe even surviving off the carbon within that plastic.

We can take this enzyme out of the cell and we can begin to engineer that enzyme even further to be able to have better activity directly on plastic waste.

つまり、ミミズが行うのは、酸素の分子を導入することです。そのため、数ヶ月や数年という単位ではなく、数時間で済むのです。

Pet plastic that would take centuries to break down in nature, PETase can break down in a matter of days but it doesn't solve our plastic problem, not yet anyway.

つまり、これは、この反応のボトルネックを克服する方法なのです。では、次はどうするのか？虫を解き放つ？

To have any real impact at scale, we need to turbocharge how quickly it works.

いや、それはとんでもないことだ。これを覚えていますか？

And that's exactly what Hal's team has done, and they name this really fast version of PETase, FAST-PETase.

養蜂家の間では疫病神とされています。しかし、プラスチックに限って言えば、このプロセスは、現実的にプラスチック危機をすぐに解決するには、あまりにも遅すぎる。

They did this using AI, essentially by using a vast database of all known enzymes in the natural world, and then running simulations about which combinations and mutations would speed up the process,

だから、ワックスワーム軍団は身を引いてくれ。

kind of like a form of computerized accelerated evolution.

しかし、その本当の主役は酵素なのです。

Machine learning approach really is its rapid evolution to some extent on there, but at the same time, it's guided by observation.

研究者がそれを特定し、規模を拡大することができれば、将来的にはこれが解決策のひとつになる可能性があるのです。多額の資金が必要になる。

We saw that this enzyme was not very stable overall and used machine learning type of approach to figure out which point mutations would make this enzyme more stable,

and found a couple of mutations that really both increased the stability significantly, but then also gave rise to a significant increase in the activity of this enzyme on plastic.

This cutting-edge technology opens up a whole new frontier of scientific possibility and the team aren't done yet thinking about trying to clean up plastic that's actually in the environment.

しかし現在、科学者たちは同様の酵素を他のあらゆる場所で探しています。

Those applications don't have the benefit of being able to control the temperature in P H very well.

スーパーワームも。だから、虫が入っているものは、プラスチックを食べやすいようです。

So having an enzyme that ultimately is flexible enough to work in a variety of different conditions is extremely valuable.

実は、10種類のプラスチックを消化できる酵素が3万種類以上確認されているのです。

Once pet plastic is broken down into its component parts, Teric acid and ethylene glycol, it can then be recycled into new plastic, but it doesn't necessarily have to be plastic.

牛の胃に含まれるある細菌は、ポリエステルの消化に利用できる。

In theory, it could be used to make something better like this.

しかし、今、みんなを熱狂させているのは、イデオネラ・サカエンシスというバクテリアです、

Well, sort of, because a team of scientists in Edinburgh have found a way to turn plastic into Vanillin.

と、特にその酵素であるPETase

That's the central ingredient in vanilla, and they did it using E. coli.

プラスチック廃棄物全般、より具体的にはPETです、は、私たちの環境に浸透している

Sounds delicious.

そして、生物学は、ある程度、時間をかけてこれに対処する方法を見出してきました。

For me, and for anyone who's thinking about a nice vanilla ice cream, what are we not understanding about that?

海外では、水筒の一部に微生物が住み着くようになったという発見があったそうです。

We can ask this question a lot.

細胞は実際に生きていて、そのプラスチックの中の炭素から生き延びていたのかもしれません。

Yes, I mean it's chemically identical.

この酵素を細胞から取り出して、その酵素のさらなるエンジニアリングを開始することができます

Ok, forgive me if the next part ruins vanilla for you.

プラスチック廃棄物に関するより良い活動を直接行うことができるようにするためです。自然界では何百年もかけて分解されるPETプラスチックを、PETaseは数日で分解することができるのです、

So Vanillin is a compound that's derived from oil that we pump out of the ground.

が、プラスチック問題の解決にはなりません。

It's the same feedstock that we use to make petrol that we use in our cars.

とにかく、まだです。

So we in essence, took one of those enzymes that have been reported to do the initial depolymerization and then took the mixture of Teric acids and ethylene glycol that you get from that and simply just fed it to our E. coli.

スケールアップして本当の意味でインパクトを与えるには、いかに早く効果を出すかをターボ化する必要があります。

But the way that I think about it is, you know, yes, this compound is coming from plastic waste and yes, it's coming from a bacteria.

そして、ハルのチームは、まさにそれを実現したのです。そして、この高速のPETaseに名前をつけたのです...

But I think we as a society are okay with eating food that has oil in it, the vanilla derived from oil.

FAST-PETaseです。

So why wouldn't we be okay with having, having a bacterium produce, produce that for us?

彼らはAIを使って、基本的には自然界に存在するすべての既知の酵素の膨大なデータベースを使うことでこれを実現しました

Now, these guys aren't really trying to sell you vanilla ice cream; they're more interested in upcycling recycled plastic.

というように、どのような組み合わせや変異があるとスピードアップするのか、シミュレーションを行いました、コンピュータによる加速度的な進化のようなものです。

There's recycling plastics into more plastics and then there's upcycling plastics into other compounds.

機械学習のアプローチは、ある程度は急速な進化を遂げますが、同時に観察によって導かれるものです。

The issues at the moment currently, with that approach is that when you subsequently recycle plastic into other plastics, the value of that plastic and the quality of that plastic actually diminishes.

この酵素が全体的にあまり安定していないことを見抜き、機械学習的なアプローチで

So you enter into this down-cycling approach that does solve the problem in the short term, but it ultimately generates the same waste.

この酵素をより安定にする点変異を調べるために、いくつかの変異を発見しました。

What we think is quite interesting about down-cycling plastic is that you reenter that carbon back into the, you know, the chemicals economy as something that's higher value.

というのは、本当にどちらも安定性が大幅に向上しました、

Vanillin is not the only product that we can make from PET plastic.

が、その後、プラスチック上でのこの酵素における活性の有意な上昇をもたらした。

The molecules that you get when you depolymerize pets um are actually intermediates en route to a huge number of industrial products that we rely on nowadays.

この最先端技術は、科学の可能性を大きく広げるものであり、チームはまだ終わっていないのです。実際に環境中にあるプラスチックをきれいにしようと考えること、

One of the most interesting ones that we're focusing on right now is pharmaceutical intermediate.

これらの用途では、温度やPHをうまくコントロールできる利点がありません。

You can take PET plastic waste and turn it into pharmaceutical compounds.

ですから、最終的にさまざまな条件下で柔軟に対応できる酵素を持つことは、非常に価値のあることだと思います。

So taking something that's actually damaging the environment and turn it into a source of human medicine.

PET樹脂を分解すると、テラフタル酸とエチレングリコールという部品になります、

So medication, other flavoring compounds, materials for your clothing cosmetics. It's quite staggering.

その後、新しいプラスチックにリサイクルすることができます、が、必ずしもプラスチックである必要はない。

I think this is only really the beginning of what could be possible in, in the area of plastic up cycling. I think that very much is the case.

理論的には、より良いものを作るために使うことができる、をこのように

So worms themselves aren't going to eat all our troubles away.

エジンバラの科学者チームが、プラスチックをバニリンに変える方法を発見したのです。

But the science going on around this is genuinely exciting and it's all thanks to nature for providing the inspiration.

それがバニラの中心成分です。