Penyelidik telah mengenal pasti dan merekayasa enzim yang boleh mencerna dan mengambil sebahagian daripada bahan pencemar kita yang paling biasa plastik memberikan harapan untuk kitar semula dan berjuang pencemaran
Mencemarkan plastik merupakan cabaran alam sekitar terbesar di dunia dalam bentuk plastik pencemaran dan penyelesaian optimum untuk masalah ini masih sukar difahami. Paling plastik diperbuat daripada petroleum atau gas asli yang merupakan sumber tidak boleh diperbaharui yang diekstrak dan diproses menggunakan teknik intensif tenaga. Oleh itu, pembuatan dan pengeluaran mereka sendiri sangat merosakkan ekosistem yang rapuh. Pemusnahan plastik (kebanyakannya melalui pembakaran) menyebabkan udara, air dan tanah pencemaran. Kira-kira 79 peratus plastik yang dihasilkan sejak 70 tahun lalu telah dibuang, sama ada ke tapak pelupusan sampah atau ke persekitaran umum manakala hanya kira-kira sembilan peratus dikitar semula dengan selebihnya dibakar. Proses pembakaran ini mendedahkan pekerja yang terdedah kepada bahan kimia toksik yang termasuk bahan penyebab kanser. Lautan dikatakan mengandungi kira-kira 51 trilion zarah mikroplastik dan perlahan-lahan memusnahkan hidupan marin. Sesetengah zarah mikro plastik diterbangkan di udara menuju ke pencemaran dan kemungkinan besar kita terhidu. Tiada siapa yang dapat meramalkan pada tahun 1960-an bahawa kemunculan dan populariti plastik suatu hari nanti akan menjadi beban dengan sisa plastik yang besar ditemui terapung di lautan kita yang indah, udara dan dibuang ke tanah berharga kita.
Plastik pembungkusan adalah ancaman terbesar dan penggunaan plastik yang paling korup. Tetapi masalahnya ialah beg plastik ada di mana-mana, digunakan untuk setiap tujuan kecil dan tiada kawalan ke atas penggunaannya. Plastik sintetik jenis ini tidak terbiodegradasi, sebaliknya hanya duduk dan terkumpul di tapak pelupusan sampah dan menyumbang kepada alam sekitar. pencemaran. Terdapat inisiatif untuk "larangan plastik lengkap", terutamanya polistirena yang digunakan dalam pembungkusan. Walau bagaimanapun, ini tidak membawa kepada hasil yang diingini kerana plastik masih terdapat di mana-mana di darat, udara dan air dan sentiasa berkembang. Selamat untuk mengatakan bahawa plastik mungkin tidak dapat dilihat dengan mata kasar sepanjang masa tetapi ia ada di mana-mana! Malangnya kami tidak dapat menangani masalah kitar semula dan pelupusan bahan plastik.
Dalam satu kajian yang diterbitkan dalam Prosiding Akademi Sains Negara Amerika Syarikat, penyelidik telah menemui semula jadi yang diketahui enzim yang memakan plastik. Ini adalah penemuan kebetulan semasa mereka meneliti struktur enzim yang ditemui dalam sisa sedia untuk dikitar semula di sebuah pusat di Jepun. Enzim yang dipanggil Ideonella sakaiensis 201-F6 ini, mampu "memakan" atau "menyuap" plastik PET atau polietilena terephthalate yang dipatenkan yang paling biasa digunakan dalam berjuta-juta tan botol plastik. Enzim tersebut pada asasnya membenarkan bakteria untuk merendahkan plastik sebagai sumber makanan mereka. Tiada penyelesaian kitar semula yang wujud pada masa ini untuk PET dan botol plastik yang diperbuat daripada PET kekal selama lebih daripada ratusan tahun dalam alam sekitar. Kajian yang diketuai oleh pasukan di Universiti Portsmouth dan Makmal Tenaga Boleh Diperbaharui Kebangsaan (NREL) Jabatan Tenaga Amerika Syarikat telah menjana harapan yang besar.
Matlamat asal adalah untuk menentukan struktur kristal tiga dimensi enzim semula jadi ini (dipanggil PETase) dan menggunakan maklumat ini untuk memahami bagaimana sebenarnya enzim ini berfungsi. Mereka menggunakan pancaran sinar-X yang sengit - yang 10 bilion kali lebih terang daripada matahari - untuk menjelaskan struktur dan melihat atom individu. Rasuk berkuasa sedemikian membolehkan untuk memahami kerja dalaman enzim dan menyediakan pelan tindakan yang betul untuk dapat merekayasa enzim yang lebih pantas dan cekap. Telah didedahkan bahawa PETase kelihatan sangat serupa dengan enzim lain yang dipanggil cutinase kecuali PETase mempunyai ciri khas dan tapak aktif yang lebih "terbuka", yang difikirkan untuk menampung polimer buatan manusia (bukannya yang semula jadi). Perbezaan ini serta-merta menunjukkan bahawa PETase mungkin lebih berkembang terutamanya dalam persekitaran yang mengandungi PET dan dengan itu boleh merendahkan PET. Mereka memutasi tapak aktif PETase untuk menjadikannya kelihatan lebih seperti cutinase. Apa yang menyusul adalah hasil yang sama sekali tidak dijangka, mutan PETase dapat merendahkan PET lebih baik daripada PETase semula jadi. Oleh itu, dalam proses memahami dan cuba meningkatkan keupayaan enzim semula jadi, penyelidik akhirnya secara tidak sengaja merekayasa enzim baru yang lebih baik daripada enzim semula jadi dalam memecahkan PET plastik. Enzim ini juga boleh merendahkan polietilena furandikarboksilat, atau PEF, pengganti berasaskan bio untuk plastik PET. Ini menjana harapan untuk menangani substrat lain seperti PEF (Polyethylene Furanoate) atau juga PBS (Polybutylene succinate). Alat untuk kejuruteraan enzim dan evolusi boleh terus digunakan untuk penambahbaikan selanjutnya. Penyelidik sedang mencari cara untuk menambah baik enzim supaya fungsinya boleh digabungkan dalam persediaan industri berskala besar yang berkuasa. Proses kejuruteraan sangat mirip dengan enzim yang kini digunakan dalam detergen pencuci bio atau dalam pembuatan biofuel. Teknologi itu wujud dan oleh itu daya maju industri harus dapat dicapai pada tahun-tahun akan datang.
Kajian lanjut diperlukan untuk memahami beberapa aspek kajian ini. Pertama, enzim memecahkan kepingan plastik yang lebih besar kepada kepingan yang lebih kecil, oleh itu ia menyokong kitar semula botol plastik tetapi semua plastik ini perlu dipulihkan terlebih dahulu. Plastik "lebih kecil" ini apabila ditemui boleh digunakan untuk mengubahnya kembali kepada botol plastik. Enzim tidak boleh benar-benar "pergi dan mencari plastik sendiri" dalam persekitaran. Satu pilihan yang dicadangkan ialah menanam enzim ini kepada beberapa bakteria yang boleh mula memecahkan plastik pada kadar yang lebih tinggi sambil menahan suhu tinggi. Selain itu, kesan jangka panjang enzim ini masih perlu difahami.
Kesan penyelesaian inovatif sedemikian untuk menangani sisa plastik akan menjadi sangat tinggi pada skala global. Kami telah berusaha untuk menangani masalah plastik sejak kemunculan plastik itu sendiri. Terdapat undang-undang yang melarang penggunaan plastik tunggal dan juga plastik kitar semula kini digemari di mana-mana. Malah langkah-langkah kecil seperti mengharamkan beg plastik di pasar raya telah tersebar luas di media. Intinya, kita perlu bertindak pantas jika kita ingin memelihara kita planet daripada plastik pencemaran. Walaupun kita mesti terus mengamalkan kitar semula dalam kehidupan seharian kita sambil menggalakkan anak-anak kita untuk berbuat demikian juga. Kami masih memerlukan penyelesaian jangka panjang yang baik yang boleh seiring dengan usaha individu kami sendiri. Penyelidikan ini menandakan permulaan untuk menangani salah satu masalah terbesar yang kami planet sedang menghadap.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
Harry P et al. 2018. Pencirian dan kejuruteraan poliesterase aromatik yang merendahkan plastik. Prosiding Akademi Sains Kebangsaan. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
