محققان آنزیمی را شناسایی و مهندسی کرده‌اند که می‌تواند برخی از رایج‌ترین آلاینده‌های ما را هضم و مصرف کند. پلاستیک ایجاد امید برای بازیافت و مبارزه آلودگی
آلودگی پلاستیک بزرگترین چالش زیست محیطی در سراسر جهان در قالب پلاستیک است آلودگی و راه حل بهینه برای این مشکل هنوز مبهم باقی مانده است. اکثر پلاستیک از نفت یا گاز طبیعی که منابع تجدید ناپذیری هستند که با استفاده از تکنیک های انرژی بر استخراج و فرآوری می شوند، ساخته شده اند. بنابراین، خود ساخت و تولید آنها برای اکوسیستم های شکننده بسیار مخرب است. تخریب پلاستیک (بیشتر توسط سوزاندن) باعث ایجاد هوا می شود. آب و زمین آلودگی. حدود 79 درصد از پلاستیک تولید شده در 70 سال گذشته دور ریخته شده است، یا به محل های دفن زباله و یا به محیط زیست عمومی در حالی که تنها حدود 51 درصد بازیافت و بقیه سوزانده شده است. این فرآیند سوزاندن کارگران آسیب پذیر را در معرض مواد شیمیایی سمی از جمله مواد سرطان زا قرار می دهد. گفته می شود اقیانوس ها حاوی حدود XNUMX تریلیون ذرات میکروپلاستیک هستند و به آرامی در حال نابودی حیات دریایی هستند. برخی از ریزذرات پلاستیکی در هوا منفجر می شوند که منجر به آن می شود آلودگی و این یک احتمال واقعی است که ما آنها را استنشاق کنیم. هیچ‌کس نمی‌توانست در دهه 1960 پیش‌بینی کند که ظهور و محبوبیت پلاستیک‌ها روزی به باری از زباله‌های پلاستیکی عظیمی تبدیل می‌شود که در اقیانوس‌های زیبای ما، هوا شناور می‌شوند و در سرزمین‌های گرانبهای ما ریخته می‌شوند.
پلاستیک بسته بندی بزرگترین تهدید و فاسدترین استفاده از پلاستیک است. اما مشکل اینجاست که کیسه پلاستیکی همه جا وجود دارد، برای هر هدف کوچکی استفاده می شود و هیچ کنترلی روی استفاده از آن وجود ندارد. این نوع پلاستیک مصنوعی تجزیه زیستی نمی شود، در عوض فقط در محل های دفن زباله جمع می شود و به محیط زیست کمک می کند. آلودگی. ابتکاراتی برای "ممنوعیت کامل پلاستیک"، به ویژه پلی استایرن که در بسته بندی استفاده می شود، وجود داشته است. با این حال، این منجر به نتایج مطلوب نمی شود، زیرا پلاستیک هنوز در همه جا در زمین، هوا و آب وجود دارد و همیشه در حال رشد است. به جرات می توان گفت که پلاستیک ممکن است همیشه با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نباشد اما همه جا وجود دارد! مایه تاسف است که ما نمی توانیم با مشکل بازیافت و دفع مواد پلاستیکی مقابله کنیم.
در یک مطالعه منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم ایالات متحده آمریکا، محققان یک طبیعی شناخته شده را کشف کرده اند آنزیم که از پلاستیک تغذیه می کند. این یک کشف تصادفی بود در حالی که آنها در حال بررسی ساختار آنزیمی بودند که در زباله‌های آماده برای بازیافت در مرکزی در ژاپن یافت شد. این آنزیم که Ideonella sakaiensis 201-F6 نام دارد، قادر است پت پلاستیکی ثبت شده PET یا پلی اتیلن ترفتالات را که معمولاً در میلیون ها تن بطری پلاستیکی استفاده می شود، «خوردن» یا «تغذیه» کند. این آنزیم اساساً به باکتری اجازه می دهد تا پلاستیک را به عنوان منبع غذایی خود تجزیه کند. در حال حاضر هیچ راه حل بازیافتی برای PET وجود ندارد و بطری های پلاستیکی ساخته شده از PET برای بیش از صدها سال در محیط زیست باقی می مانند. این مطالعه به رهبری تیم‌هایی در دانشگاه پورتسموث و آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر وزارت انرژی ایالات متحده (NREL) امید زیادی ایجاد کرده است.
هدف اصلی تعیین ساختار بلوری سه بعدی این آنزیم طبیعی (به نام PETase) و استفاده از این اطلاعات برای درک دقیق نحوه عملکرد این آنزیم بود. آنها از پرتو شدید پرتوهای ایکس - که 10 میلیارد برابر روشن تر از خورشید هستند - برای روشن کردن ساختار و دیدن اتم های منفرد استفاده کردند. چنین پرتوهای قدرتمندی قادر به درک عملکرد درونی آنزیم هستند و نقشه های درستی را ارائه می دهند تا بتوانند آنزیم های سریع تر و کارآمدتر مهندسی کنند. مشخص شد که PETase بسیار شبیه به آنزیم دیگری به نام کوتیناز به نظر می رسد با این تفاوت که PETase دارای یک ویژگی خاص و یک مکان فعال تر "باز" است که تصور می شود پلیمرهای ساخت بشر (به جای پلیمرهای طبیعی) را در خود جای می دهد. این تفاوت ها بلافاصله نشان داد که PETase ممکن است به ویژه در یک محیط حاوی PET تکامل بیشتری پیدا کند و بنابراین می تواند PET را تخریب کند. آنها سایت فعال PETase را جهش دادند تا بیشتر شبیه کوتیناز به نظر برسد. آنچه در پی آن رخ داد یک نتیجه کاملا غیرمنتظره بود، جهش یافته PETase توانست PET را حتی بهتر از PETase طبیعی تجزیه کند. بنابراین، در فرآیند درک و تلاش برای بهبود توانایی آنزیم طبیعی، محققان به طور تصادفی آنزیم جدیدی را مهندسی کردند که حتی بهتر از آنزیم طبیعی در تجزیه PET بود. پلاستیک. این آنزیم همچنین می تواند پلی اتیلن فوراندی کربوکسیلات یا PEF را که یک جایگزین زیستی برای پلاستیک های PET است، تجزیه کند. ابزارهای مهندسی آنزیم و تکامل را می توان به طور مداوم برای بهبود بیشتر به کار برد. محققان به دنبال راهی برای بهبود این آنزیم هستند تا عملکرد آن در یک مجموعه صنعتی قدرتمند در مقیاس بزرگ گنجانده شود. فرآیند مهندسی بسیار شبیه به آنزیم هایی است که در حال حاضر در شوینده های شستشوی زیستی یا در ساخت سوخت های زیستی استفاده می شوند. این فناوری وجود دارد و بنابراین قابلیت حیات صنعتی باید در سال های آینده قابل دستیابی باشد.
برای درک برخی از جنبه های این مطالعه به تحقیقات بیشتری نیاز است. در مرحله اول، آنزیم قطعات بزرگتر پلاستیک را به قطعات کوچکتر تجزیه می کند، بنابراین از بازیافت بطری های پلاستیکی پشتیبانی می کند، اما همه این پلاستیک ها ابتدا باید بازیابی شوند. این پلاستیک "کوچکتر" پس از بازیابی می تواند برای برگرداندن آنها به بطری های پلاستیکی استفاده شود. آنزیم واقعاً نمی‌تواند «به تنهایی برود و پلاستیک پیدا کند» در محیط. یکی از گزینه‌های پیشنهادی می‌تواند کاشت این آنزیم در برخی باکتری‌ها باشد که می‌توانند با سرعت بیشتری در حالی که در دمای بالا مقاومت می‌کنند، پلاستیک را تجزیه کنند. همچنین، تاثیر طولانی مدت این آنزیم هنوز نیاز به درک دارد.
تأثیر چنین راه حل ابتکاری برای مقابله با زباله های پلاستیکی در مقیاس جهانی بسیار زیاد خواهد بود. ما از زمان ظهور خود پلاستیک تلاش کرده‌ایم تا با مشکل پلاستیک مقابله کنیم. قوانینی وجود دارد که استفاده از یک پلاستیک را ممنوع می کند و همچنین پلاستیک بازیافتی اکنون در همه جا مورد علاقه است. حتی گام‌های کوچکی مانند ممنوع کردن کیسه‌های پلاستیکی در سوپرمارکت‌ها در تمام رسانه‌ها منتشر شده است. نکته این است که اگر می‌خواهیم خودمان را حفظ کنیم، باید سریع عمل کنیم سیاره از پلاستیک آلودگی. اگرچه ما باید بازیافت را در زندگی روزمره خود بپذیریم و در عین حال فرزندانمان را نیز به انجام آن تشویق کنیم. ما هنوز به یک راه حل بلند مدت خوب نیاز داریم که بتواند با تلاش های فردی ما همراه باشد. این تحقیق آغازی برای مقابله با یکی از بزرگترین مشکلات ما است سیاره مواجه است.
***
{شما می‌توانید مقاله پژوهشی اصلی را با کلیک بر روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}
منبع (ها)
هری پی و همکاران 2018. خصوصیات و مهندسی پلی استراز معطر تجزیه کننده پلاستیک. مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
