تجزیه بطری های پلاستیکی با نوعی آنزیم طبیعی

دانشمندان یک آنزیم طبیعی که می تواند بعضی از رایج ترین مواد پلاستیکی راه یافته به طبیعت را هضم کند تقویت کرده اند. “پی ای تی” یک ماده پلاستیکی قوی است که در ساخت بطری ها به کار می رود و تجزیه آن در محیط صدها سال طول می کشد. اما آنزیم اصلاح شده موسوم به “پی تی ای ایز” می تواند تجزیه “پی تی ای” را ظرف فقط چند روز شروع کند. دانشمندان دانشگاه پورتسموث در انگلیس و آزمایشگاه ملی انرژی تجدید پذیر وزارت انرژی آمریکا در یک تحقیق جدید، تصمیم گرفتند تا محور تمرکز خود را بر روی این باکتری که به طور طبیعی به وجود می آید، متمرکز کنند. این توانایی می تواند به انقلابی در فرآیند بازیافت منجر شود. در بریتانیا مردم سالانه حدود ۱۳ میلیارد بطری پلاستیکی آب مصرف می کنند اما فقط حدود سه میلیارد عدد از آنها بازیافت می شود. این آنزیم که اصلا در ژاپن کشف شد را باکتری های “خورنده” این نوع پلاستیک تولید می کنند. تجزیه بطری های پلاستیکی با نوعی آنزیم طبیعی کمک شایانی به جذب انواع زباله های پلاستیکی در طبیعت می کند.
“ایدیونلا ساکینسیس” از این پلاستیک به عنوان منبع اصلی انرژی استفاده می کند. محققان در سال ۲۰۱۶ گزارش دادند که یک خانواده از باکتری را در رسوبات به جا مانده در یک محوطه بازیافت بطری در شهر بندری ساکای ژاپن یافته اند. پروفسور جان مکگیهن که در مطالعه جاری شرکت داشته می گوید: “پی ای تی فقط در ۵۰ سال گذشته در این حد وجود داشته که دوره زمانی خیلی درازی برای تکامل یک باکتری نیست به طوری که یک ماده مصنوعی را هضم کند.” پلی استرها که گروهی از موادی پلاستیکی هستند که پی ای تی به آن تعلق دارد به طوری طبیعی در محیط وجود دارد. آقای مکگیهن که استاد دانشگاه پورتمات است گفت: “اینها از برگ درختان محافظت می کنند. باکتری ها برای چندین میلیون سال برای خوردن این ماده تکامل پیدا کرده اند.” از پی ای تی برای تولید بطری استفاده می شود
با این حال روی آوردن این باکتری به مصرف “پی ای تی” کاملا غیرمنتظره توصیف می شود و در پی این کشف بود که تیمی بین المللی از دانشمندان درصدد تشخیص چگونگی تکامل آنزیم “پی ای تی ایز” برآمد.

پژوهشگران با کمک دستگاه های قدرتمند اشعه ایکس در آکسفوردشر بریتانیا یک مدل سه بعدی با وضوع بالا از این آنزیم تهیه کردند. آنها می گویند زمانی که ساختمان این آنزیم درک شد توانستند با دستکاری آن عملکردش را بهتر کنند. پلی استرها که به طور صنعتی از نفت تولید می شود مصرف گسترده ای در تولید بطری و لباس دارند.
در فرآیندهای کنونی بازیافت، مواد پلی استر دچار افت تدریجی کیفیت می شوند یعنی هر بار که بازیافت می شوند بخشی از خواص خود را از دست می دهند. بطری ها ابتدا تبدیل به پشم مصنوعی می شوند، بعد از آنها فرش ماشینی تولید می شود و بعد به محل دفع زباله منتقل می شوند. اما آنزیم خورنده پی ای تی فرآیند تولید را وارونه می کند و پلی استر را دوباره به مواد اولیه تشکیل دهند تبدیل می کند. پروفسور مکگیهن می گوید: “می توان از اینها برای تولید پلاستیک بیشتر استفاده کرد که مصرف نفت را کم می کند… و این چرخه تکرار می شود. یعنی یک بازیافت واقعی خواهیم داشت.” محققان می گویند استفاده از این آنزیم در ابعاد گسترده چند سال وقت می برد چون باید پی ای تی را سریع تر از زمان کنونی یعنی چند روز تجزیه کند تا از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد.
پروفسور مکگیهن می گوید: “نیازی عاجل به کاهش پلاستیکی که از مراکز دفع زباله و محیط زیست سر در می آورد وجود دارد، و فکر می کنم اگر بتوانیم این فناوری را عملی کنیم راه حلی موثر برای کاهش این آلودگی خواهیم داشت.”

دانشمندان دانشگاه پورتسموث در انگلیس و آزمایشگاه ملی انرژی تجدید پذیر وزارت انرژی آمریکا در یک تحقیق جدید، تصمیم گرفتند تا محور تمرکز خود را بر روی این باکتری که به طور طبیعی به وجود می آید، متمرکز کنند.
به نظر می رسد این باکتری که به ایدیونلا ساکینسیس ‘ Ideonella sakaiensis’ معروف است به طور انحصاری یک نوع پلاستیک را به نام ‘پلی اتیلن ترفتالات’ (PET) که به اندازه زیادی در ساخت بطری های پلاستیکی استفاده می شود، تجزیه می کند.
هدف محققان در این تحقیق جدید این بود که با بررسی ساختار این باکتری نحوه فعالیت یکی از آنزیم های آن به نام PETase را دریابند.
این گروه بین المللی سپس این آنزیم را بررسی کردند تا نحوه تکامل آن را دریابند اما آزمایش های انجام شده نشان داد که آنها بطور تصادفی این مولکول را برای تجزیه PET تقویت کرده اند.
در مقاله ای در ارتباط با این تحقیق که در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد، آمده است که محققان در این تحقیق بطور تصادفی یک گام جلوتر رفتند و آنزیمی مهندسی کردند که بهتر پلاستیک های PET را تجزیه می کند.
محققان با استفاده از یک اشعه ایکس فوق قدرتمند که 10 میلیون برابر درخشنده تر از خورشید است توانستند یک الگوی سه بعدی با وضوح بسیار بالا از این آنزیم درست کنند.
محققان دانشگاه سوت فلوریدا و دانشگاه کامپیناس در برزیل الگوهای رایانه ای درست کردند که نشان می دادند آنزیم PETase شبیه آنزیم دیگری به نام cutinase است که در قارچ ها و باکتری ها یافت می شود.
با این وجود یک قسمت PETase اندکی متفاوت بود و فرض محققان بر این بود که این قسمت باکتری را قادر به تجزیه پلاستیک انسان ساز می سازد.
بنابراین آنها قسمت فعال PETase را جهش دادند تا آن را بیشتر شبیه cutinase سازند و بطور غیرمنتظره ای متوجه شدند که این آنزیم جهش یافته در تجزیه PET بهتر از PETase طبیعی عمل می کند.
این آنزیم جهش یافته در عرض چند روز PET را تجزیه می کند که این زمان بسیار سریعتر از قرن ها تجزیه این پلاستیک در اقیانوس هاست. با این وجود محققان خوش بین هستند که این رویه می تواند تسریع شده و به یک رویه پایدار در مقیاس بزرگ تبدیل شود.
محققان همچنین امیدوارند که بتوانند از این آنزیم برای بازگرداندن پلاستیک به مواد اولیه آن استفاده کنند تا دوباره بتوانند این مواد را به پلاستیک تبدیل کنند. این کار بدان معنی است که دیگر به حفاری بیشتر نفت نیازی نخواهیم داشت و اساسا این آنزیم میزان پلاستیک را در محیط زیست کاهش می دهد