Naukowcy zidentyfikowali i opracowali enzym, który może trawić i pochłaniać niektóre z najczęściej zanieczyszczających środowisko substancji tworzyw sztucznych dając nadzieję na recykling i walkę Zanieczyszczenie
Zanieczyszczający tworzyw sztucznych to największe wyzwanie środowiskowe na świecie w postaci plastiku Zanieczyszczenie a optymalne rozwiązanie tego problemu wciąż pozostaje nieuchwytne. Bardzo tworzyw sztucznych są wytwarzane z ropy naftowej lub gazu ziemnego, które są zasobami nieodnawialnymi, które są wydobywane i przetwarzane przy użyciu energochłonnych technik. Zatem ich produkcja i sama produkcja jest bardzo destrukcyjna dla delikatnych ekosystemów. Niszczenie tworzyw sztucznych (głównie poprzez spalenie) powoduje powstawanie powietrza, woda i ziemia Zanieczyszczenie. Około 79 procent tworzyw sztucznych wyprodukowanych w ciągu ostatnich 70 lat zostało wyrzuconych na wysypiska śmieci lub do środowiska, podczas gdy tylko około 51 procent poddaje się recyklingowi, a reszta zostaje spalona. Ten proces spalania naraża bezbronnych pracowników na działanie toksycznych substancji chemicznych, w tym substancji rakotwórczych. Mówi się, że oceany zawierają około XNUMX bilionów cząstek mikroplastiku i powoli niszczą życie morskie. Niektóre plastikowe mikrocząsteczki zostają wydmuchane w powietrze, co prowadzi do Zanieczyszczenie i istnieje realna możliwość, że możemy je wdychać. W latach sześćdziesiątych nikt nie mógł przewidzieć, że pojawienie się i popularność tworzyw sztucznych pewnego dnia staną się ciężarem w postaci ogromnych odpadów z tworzyw sztucznych, które unoszą się w naszych pięknych oceanach, powietrzu i są wyrzucane na nasze cenne ziemie.
Plastik opakowania stanowią największe zagrożenie i najbardziej skorumpowane wykorzystanie tworzyw sztucznych. Problem jednak w tym, że plastikowe torby są wszędzie, używane do najdrobniejszych celów i nie ma kontroli nad ich wykorzystaniem. Ten rodzaj syntetycznego plastiku nie ulega biodegradacji, zamiast tego po prostu zalega i gromadzi się na wysypiskach śmieci, przyczyniając się do ochrony środowiska Zanieczyszczenie. Podjęto inicjatywy mające na celu „całkowity zakaz stosowania tworzyw sztucznych”, zwłaszcza polistyrenu stosowanego w opakowaniach. Nie prowadzi to jednak do pożądanych rezultatów, ponieważ tworzywa sztuczne są nadal wszechobecne w ziemi, powietrzu i wodzie i stale rośnie. Można śmiało powiedzieć, że plastik może nie być widoczny gołym okiem przez cały czas, ale jest wszędzie! Szkoda, że nie jesteśmy w stanie uporać się z problemem recyklingu i utylizacji tworzyw sztucznych.
W badaniu opublikowanym w Materiały Narodowej Akademii Nauk USA, naukowcy odkryli znany naturalny enzym który żywi się plastikiem. Było to przypadkowe odkrycie podczas badania struktury enzymu, który został znaleziony w odpadach gotowych do recyklingu w ośrodku w Japonii. Enzym ten o nazwie Ideonella sakaiensis 201-F6 jest w stanie „zjadać” lub „żywić się” opatentowanym plastikowym PET lub politereftalanem etylenu, który jest najczęściej używany w milionach ton plastikowych butelek. Enzym w zasadzie umożliwił bakteriom degradację plastiku jako źródła pożywienia. Obecnie nie istnieją żadne rozwiązania w zakresie recyklingu dla PET, a plastikowe butelki wykonane z PET utrzymują się w środowisku przez ponad setki lat. Badanie prowadzone przez zespoły z Uniwersytetu Portsmouth i Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych dało ogromną nadzieję.
Pierwotnym celem było określenie trójwymiarowej struktury krystalicznej tego naturalnego enzymu (zwanego PETazą) i wykorzystanie tych informacji do zrozumienia, jak dokładnie działa ten enzym. Wykorzystali intensywną wiązkę promieni rentgenowskich – które są 10 miliardów razy jaśniejsze niż słońce – aby wyjaśnić strukturę i zobaczyć poszczególne atomy. Tak silne wiązki umożliwiły zrozumienie wewnętrznego działania enzymu i dostarczyły prawidłowych planów, aby móc zaprojektować szybsze i wydajniejsze enzymy. Okazało się, że PETaza wygląda bardzo podobnie do innego enzymu zwanego kutynazą, z wyjątkiem tego, że PETaza ma specjalną cechę i bardziej „otwarte” miejsce aktywne, które, jak się uważa, mieści polimery wytworzone przez człowieka (zamiast tych naturalnych). Różnice te natychmiast wskazały, że PETaza może być bardziej rozwinięta, zwłaszcza w środowisku zawierającym PET, a zatem może degradować PET. Zmutowali miejsce aktywne PETazy, aby wyglądało bardziej jak kutynaza. To, co nastąpiło później, było całkowicie nieoczekiwanym rezultatem, mutant PETazy był w stanie rozkładać PET nawet lepiej niż naturalna PETaza. Tak więc, w procesie rozumienia i próbowania poprawy zdolności naturalnego enzymu, naukowcy przypadkowo zaprojektowali nowy enzym, który był nawet lepszy niż naturalny enzym w rozkładaniu PET tworzyw sztucznych. Enzym ten może również degradować polietylenofurandikarboksylan lub PEF, biologiczny substytut tworzyw PET. Dało to nadzieję na rozwiązanie problemu innych substratów, takich jak PEF (polietylenofuranian) czy nawet PBS (polibutylen bursztynian). Narzędzia do inżynierii i ewolucji enzymów mogą być stale stosowane do dalszych ulepszeń. Naukowcy szukają sposobu na ulepszenie enzymu, aby jego funkcja mogła zostać włączona do potężnej, wielkoskalowej instalacji przemysłowej. Proces inżynieryjny jest bardzo podobny do enzymów, które są obecnie stosowane w detergentach do biologicznego prania lub w produkcji biopaliw. Technologia istnieje, a zatem opłacalność przemysłowa powinna być możliwa do osiągnięcia w nadchodzących latach.
Potrzebne są dalsze badania, aby zrozumieć niektóre aspekty tego badania. Po pierwsze, enzym rozkłada większe kawałki plastiku na mniejsze kawałki, dlatego wspiera recykling plastikowych butelek, ale cały ten plastik musi zostać najpierw odzyskany. Ten „mniejszy” plastik po odzyskaniu można wykorzystać do przekształcenia go z powrotem w plastikowe butelki. Enzym nie może tak naprawdę „samodzielnie znaleźć plastiku” w środowisku. Jedną z proponowanych opcji może być umieszczenie tego enzymu w niektórych bakteriach, które mogą szybciej rozkładać plastik, jednocześnie wytrzymując wysokie temperatury. Również długofalowy wpływ tego enzymu nadal wymaga zrozumienia.
Wpływ tak innowacyjnego rozwiązania na walkę z odpadami z tworzyw sztucznych byłby bardzo duży w skali globalnej. Od czasu pojawienia się samego plastiku staramy się stawić czoła problemowi tworzyw sztucznych. Obowiązywały przepisy zabraniające używania pojedynczego plastiku, a obecnie wszędzie preferowany jest plastik z recyklingu. Nawet małe kroki, takie jak zakaz stosowania plastikowych toreb w supermarketach, były omawiane w mediach. Rzecz w tym, że jeśli chcemy zachować nasze siły, musimy działać szybko planeta z plastiku Zanieczyszczenie. Musimy jednak nadal wdrażać recykling w naszym codziennym życiu, zachęcając jednocześnie do tego nasze dzieci. Nadal potrzebujemy dobrego, długoterminowego rozwiązania, które będzie iść w parze z naszymi indywidualnymi wysiłkami. Niniejsze badanie stanowi początek rozwiązania jednego z największych problemów, jakie stoją przed nami planeta stoi.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
Harry P i in. 2018. Charakterystyka i inżynieria aromatycznej poliestrazy rozkładającej tworzywa sztuczne. Materiały Narodowej Akademii Nauk. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
