Επιστήμονες δημιούργησαν ένζυμο ικανό να τρώει και να διασπά το πλαστικό

Η πλαστική ρύπανση είναι μια σοβαρή κρίση που μαστίζει μεγάλο μέρος του πλανήτη. Ένα νέο ένζυμο που δημιουργήθηκε από μια ομάδα ερευνητών μπορεί να προσφέρει μια λύση σε αυτό το πρόβλημα, επιτρέποντας την πλήρη ανακύκλωση του πλαστικού μπουκαλιού, κάτι που επί του παρόντος δεν είναι δυνατό.

Το ένζυμο φαγητού πλαστικού δημιουργήθηκε κατά λάθος μέσω ενός κοινού ερευνητικού προγράμματος στο οποίο συμμετείχαν ομάδες ερευνητών από το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ και το Πανεπιστήμιο του Πόρτσμουθ. Το ένζυμο είναι ικανό να αποικοδομεί την ουσία τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (PET), ένα πολυμερές που χρησιμοποιείται στη δημιουργία πλαστικών δοχείων. Το PET θα παραμείνει επί του παρόντος στο περιβάλλον για εκατοντάδες χρόνια προτού αρχίσει να υποβαθμίζεται.

Ανακαλύπτοντας ένα χρήσιμο ένζυμο

Το ερευνητικό έργο εμπνεύστηκε από την ανακάλυψη ενός βακτηρίου που είχε εξελιχθεί για να αφομοιώσει το πλαστικό. Το βακτήριο βρέθηκε σε χωματερή στην Ιαπωνία το 2016 και χρησιμοποίησε ένα ειδικό ένζυμο για να το αφήσει να φάει πλαστικό. Η ερευνητική ομάδα αποκάλυψε πρόσφατα τη δομή του ενζύμου και κατάφεραν επίσης να τροποποιήσουν τη δομή του μορίου, καθιστώντας το ακόμα καλύτερο στην υποβάθμιση του PET. Η ερευνητική ομάδα δεν είχε βάλει σκοπό να το κάνει αυτό, αλλά τα πειράματά της οδήγησαν στη βελτίωση παρόλα αυτά.

Οι ερευνητές ξεκίνησαν εξετάζοντας τη δομή του ενζύμου που παρήγαγαν τα βακτήρια. Τα μεμονωμένα άτομα του ενζύμου εξετάστηκαν με τη βοήθεια μιας ισχυρής δέσμης ακτίνων Χ. Μια συσκευή που ονομάζεται πηγή φωτός διαμαντιού χρησιμοποιήθηκε για να δει τα άτομα και οι ακτίνες Χ που χρησιμοποιήθηκαν ήταν 10 δισεκατομμύρια φορές φωτεινότερες από τον ήλιο.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η δομή του ενζύμου ήταν παρόμοια σε μορφή με ένα ένζυμο που χρησιμοποιούν τα βακτήρια για τη διάσπαση ενός φυσικού πολυμερούς που είναι γνωστό ως κουτίνη, το οποίο πολλά φυτά χρησιμοποιούν προστατευτική ουσία. Η ομάδα άρχισε να χειρίζεται το ένζυμο και να διερευνά πώς το χρησιμοποίησαν τα βακτήρια όταν κατά λάθος ενίσχυσαν την ικανότητα του ενζύμου να υποβαθμίζει το PET. Η ομάδα λέει επίσης ότι είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι ένα βακτήριο έχει εξελιχθεί για να αποικοδομεί το PET, το οποίο υπήρχε μόνο σε μεγάλες ποσότητες τις τελευταίες 5 δεκαετίες, καθόλου για πολύ στη χρονική κλίμακα της εξέλιξης.

Το ένζυμο θα αρχίσει να διασπά το PET σε πλαστικά μπουκάλια μετά από λίγες μόνο ημέρες, και ωστόσο οι ερευνητές που συμμετέχουν στο έργο πιστεύουν ότι θα μπορούσαν να επιταχύνουν τη διαδικασία κάνοντας περαιτέρω βελτιώσεις στο ένζυμο. Οι ερευνητικές ομάδες πιστεύουν ότι θα μπορούσε ακόμη και να χρησιμοποιηθεί σε διαδικασίες βιομηχανικής κλίμακας, επιτρέποντας την πλήρη ανακύκλωση των πλαστικών.

Ο John McGeehan, από το Πανεπιστήμιο του Πόρτσμουθ, λέει ότι η χρήση του ενζύμου θα μπορούσε να βοηθήσει στη μείωση της ρύπανσης από πλαστικό και να μειώσει σημαντικά την ανάγκη για πετρέλαιο.

Λέει ο McGeehan:

Ο McGeehan αναφέρει ότι η ερευνητική ομάδα κατάφερε να βελτιώσει τη λειτουργία του ενζύμου μόνο κατά περίπου 20%. Ωστόσο, αυτό είναι συναρπαστικό γιατί σημαίνει ότι «το ένζυμο δεν έχει ακόμη βελτιστοποιηθεί». Οι ερευνητές θα μπορούσαν θεωρητικά να εφαρμόσουν τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη άλλων ενζύμων σε αυτό και να δημιουργήσουν ένα «υπερ-γρήγορο ένζυμο».

Το πρόβλημα της πλαστικής ρύπανσης

Υπάρχει πραγματική ανάγκη για ικανότητα ανακύκλωσης πλαστικών, καθώς η πλαστική ρύπανση αποτελεί σοβαρή απειλή για την υγεία των θαλάσσιων οικοσυστημάτων. Μόλις πρόσφατα μια νεκρή φάλαινα ξεβράστηκε στην ακτή με 64 λίβρες (30 κιλά) πλαστικού στο στομάχι της. Πλαστικές ίνες έχουν βρεθεί ακόμη και σε ζώα στα πιο απομακρυσμένα μέρη του ωκεανού. Η πλαστική ρύπανση μπορεί επίσης να βλάψει τον άνθρωπο, εισχωρώντας στο σώμα όσων τρώνε θαλασσινά ή με το να βρεθούμε στο νερό που πίνουμε.

Το πρόβλημα της πλαστικής ρύπανσης γίνεται όλο και πιο σοβαρό, με επιπλέον 1 εκατομμύριο πλαστικά μπουκάλια να πωλούνται κάθε λεπτό. Τα περισσότερα από τα πλαστικά σκουπίδια που παράγονται από την κοινωνία καταλήγουν σε χωματερή ή στον ωκεανό. Τα περισσότερα μπουκάλια δεν ανακυκλώνονται, μόνο περίπου το 14% αποστέλλονται πραγματικά σε ένα κέντρο ανακύκλωσης. Ακόμη και τα μπουκάλια που ανακυκλώνονται μπορούν να ανακυκλωθούν μόνο με συγκεκριμένους τρόπους, να μετατραπούν σε ίνες για χρήση σε χαλιά ή ρούχα. Η χρήση του νέου ενζύμου θα μπορούσε να επιτρέψει στο χρησιμοποιημένο πλαστικό να μετατραπεί ξανά σε πλαστικά μπουκάλια.

Αν και προηγούμενη έρευνα είχε βρει ότι ορισμένα είδη μυκήτων είναι ικανά να υποβαθμίσουν το PET, τα βακτήρια είναι πολύ πιο εύκολο να χρησιμοποιηθούν σε βιομηχανικές διαδικασίες από ότι οι μύκητες. Οι ερευνητές διερευνούν μια πιθανή βελτίωση του ενζύμου που περιλαμβάνει την έγχυση του μεταλλαγμένου ενζύμου σε μια συλλογή ακραίων φιλικών βακτηρίων, τα οποία είναι ικανά να επιβιώσουν σε θερμοκρασίες γύρω στους 70 βαθμούς Κελσίου (158 βαθμούς Φαρενάιτ). Γύρω στους 70 C PET αρχίζει να μεταβαίνει από μια υαλώδη κατάσταση σε μια πιο ρευστή κατάσταση και σε αυτή τη ρευστή κατάσταση, μπορεί να διασπαστεί μεταξύ 10 και 100 φορές πιο γρήγορα από ό,τι στην υαλώδη κατάσταση.

Δεν θα ήταν τόσο φθηνό η ανακύκλωση του πλαστικού όσο η δημιουργία νέου πλαστικού, αλλά ο McGeehan ελπίζει ότι η αυξανόμενη ευαισθητοποίηση του κοινού για το ζήτημα της πλαστικής ρύπανσης θα ασκήσει πίεση στις εταιρείες να ανακυκλώνουν αντί να δημιουργούν συνεχώς νέα μπουκάλια και δοχεία. Πέρα από τη χρήση των βακτηρίων που τρώνε PET για την ανακύκλωση μπουκαλιών σε κέντρα ανακύκλωσης, είναι επίσης πιθανό τα βακτήρια να χρησιμοποιηθούν για τον καθαρισμό των μπαλωμάτων σκουπιδιών στον ωκεανό. Τα βακτήρια θα πρέπει απλώς να ψεκαστούν πάνω από ένα έμπλαστρο σκουπιδιών.

Περαιτέρω δυνατότητες

Σύμφωνα με τον McGeehan, είναι πιθανό ότι άλλα είδη βακτηρίων εξελίσσονται αυτήν τη στιγμή στο περιβάλλον, βακτήρια ικανά να υποβαθμίσουν άλλα είδη πλαστικού. Επί του παρόντος, οι επιστήμονες αναζητούν αυτά τα βακτήρια.

Οι επιστήμονες εκτός από αυτούς που συμμετέχουν στην έρευνα είναι ενθουσιασμένοι με τη δυνατότητα χρήσης ενζύμων για την αντιμετώπιση της πλαστικής ρύπανσης. Ένας χημικός από το Πανεπιστήμιο RMIT στη Μελβούρνη, Oliver Jones, λέει ότι η έλξη της χρήσης ενζύμων είναι ότι είναι τόσο μη τοξικά όσο και βιοδιασπώμενα. Μπορούν επίσης να συντεθούν σε σημαντικές ποσότητες από μικροοργανισμούς. Όταν συνδυάζονται με προσπάθειες μείωσης της ποσότητας πλαστικού που χρησιμοποιείται, τα ένζυμα θα μπορούσαν πραγματικά να δημιουργήσουν ένα βαθούλωμα στο επίπεδο της πλαστικής ρύπανσης σε όλο τον κόσμο.

Θα πρέπει τελικά να διεξαχθεί περισσότερη έρευνα για το ένζυμο και οι επιστήμονες θα πρέπει να διασφαλίσουν ότι δεν λύνουν απλώς ένα περιβαλλοντικό πρόβλημα αλλά δημιουργούν ένα άλλο (ας πούμε δημιουργώντας περισσότερα αέρια θερμοκηπίου). Ωστόσο, προς το παρόν, το νέο ένζυμο αποικοδόμησης PET προσφέρει ελπίδα ότι ένα ισχυρό εργαλείο για τη μείωση των πλαστικών απορριμμάτων μπορεί να είναι εφικτό.