Изследователите са идентифицирали и създали ензим, който може да смила и консумира някои от най-често замърсяващите ни пластмаси осигурявайки надежда за рециклиране и борба замърсяване
Замърсяващи пластмаси е най-голямото екологично предизвикателство в световен мащаб под формата на пластмаса замърсяване и оптималното решение на този проблем все още остава неуловимо. Повечето пластмаси са направени от петрол или природен газ, които са невъзобновяеми ресурси, които се добиват и обработват с помощта на енергоемки техники. По този начин тяхното производство и самото производство е много разрушително за крехките екосистеми. Унищожаването на пластмасата (предимно чрез изгаряне) причинява въздух, вода и земя замърсяване. Около 79 процента от пластмасата, произведена през последните 70 години, е била изхвърлена на сметища или в околната среда, докато само около девет процента се рециклират, а останалата част се изгаря. Този процес на изгаряне излага уязвимите работници на токсични химикали, които включват вещества, причиняващи рак. Твърди се, че океаните съдържат около 51 трилиона микропластмасови частици и бавно изчерпват морския живот. Някои от пластмасовите микрочастици се издухват във въздуха, което води до замърсяване и е реална възможност да ги вдишваме. Никой не можеше да предвиди през 1960-те години на миналия век, че навлизането и популярността на пластмасата един ден ще се превърне в бреме с огромни пластмасови отпадъци, открити да плуват в нашите красиви океани, въздух и изхвърлени на нашите ценни земи.
Пластмаса опаковките са най-голямата заплаха и най-покварената употреба на пластмаси. Но проблемът е, че найлоновата торбичка е навсякъде, използва се за всякакви дребни цели и няма контрол върху употребата й. Този вид синтетична пластмаса не се разгражда биоразгражда, вместо това просто седи и се натрупва в сметищата и допринася за околната среда замърсяване. Има инициативи за „пълна забрана на пластмасата“, особено на полистирола, който се използва в опаковките. Това обаче не води до желаните резултати, тъй като пластмасата все още е навсякъде в земята, въздуха и водата и непрекъснато нараства. С увереност може да се каже, че пластмасата може дори да не се вижда с просто око през цялото време, но е навсякъде! Жалко е, че не сме в състояние да се справим с проблема с рециклирането и изхвърлянето на пластмасовия материал.
В проучване, публикувано в Сборници на Националната академия на науките на САЩ, изследователите са открили известен природен ензим който се храни с пластмаса. Това беше случайно откритие, докато те изследваха структурата на ензим, който беше намерен в отпадъци, готови за рециклиране в център в Япония. Този ензим, наречен Ideonella sakaiensis 201-F6, е в състояние да "яде" или "храни" патентован пластмасов PET или полиетилен терефталат, който се използва най-често в милиони тонове пластмасови бутилки. Ензимът основно позволява на бактерията да разгражда пластмасата като техен източник на храна. Понастоящем не съществуват решения за рециклиране на PET и пластмасовите бутилки, направени от PET, продължават повече от стотици години в околната среда. Това проучване, ръководено от екипи от Университета в Портсмут и Националната лаборатория за възобновяема енергия (NREL) на Министерството на енергетиката на Съединените щати, породи огромна надежда.
Първоначалната цел беше да се определи триизмерната кристална структура на този естествен ензим (наречен PETase) и да се използва тази информация, за да се разбере как точно работи този ензим. Те използваха интензивен лъч рентгенови лъчи - които са 10 милиарда пъти по-ярки от слънцето - за да изяснят структурата и да видят отделни атоми. Такива мощни лъчи позволяват да се разбере вътрешната работа на ензима и осигуряват правилни чертежи, за да могат да се проектират по-бързи и по-ефективни ензими. Беше разкрито, че PETase изглежда много подобно на друг ензим, наречен кутиназа, с изключение на това, че PETase има специална характеристика и по-„отворено“ активно място, за което се смята, че побира човешките полимери (вместо естествените). Тези разлики веднага показват, че PETase може да бъде по-развита, особено в среда, съдържаща PET и по този начин може да разгради PET. Те мутираха активния сайт на PETase, за да изглежда по-скоро като кутиназа. Това, което последва, беше напълно неочакван резултат, мутантът на PETase успя да разгради PET дори по-добре от естествената PETase. Така, в процеса на разбиране и опит да подобрят способността на естествения ензим, изследователите в крайна сметка случайно са създали нов ензим, който е дори по-добър от естествения ензим при разграждането на PET пластмаси. Този ензим може също да разгради полиетилен фурандикарбоксилат или PEF, био-базиран заместител на PET пластмасите. Това породи надежда за справяне с други субстрати като PEF (полиетилен фураноат) или дори PBS (полибутилен сукцинат). Инструментите за ензимно инженерство и еволюция могат да се прилагат непрекъснато за по-нататъшно подобрение. Изследователите търсят начин за подобряване на ензима, така че неговата функция да може да бъде включена в мощна широкомащабна индустриална инсталация. Инженерният процес е много подобен на ензимите, които понастоящем се използват в детергентите за биологично измиване или в производството на биогорива. Технологията съществува и следователно индустриалната жизнеспособност трябва да бъде постижима през следващите години.
Необходими са допълнителни изследвания, за да се разберат някои аспекти на това изследване. Първо, ензимът разгражда по-големите парчета пластмаса на по-малки парчета, следователно поддържа рециклирането на пластмасови бутилки, но цялата тази пластмаса трябва първо да бъде възстановена. Тази „по-малка“ пластмаса, когато бъде възстановена, може да се използва за превръщането им обратно в пластмасови бутилки. Ензимът не може наистина да „открие пластмаса сам“ в околната среда. Един от предложените вариант може да бъде да се засади този ензим в някои бактерии, които могат да започнат да разграждат пластмасата с по-висока скорост, докато издържат на високи температури. Също така, дългосрочното въздействие на този ензим все още трябва да се разбере.
Въздействието на такова иновативно решение за справяне с пластмасовите отпадъци би било много голямо в световен мащаб. Опитваме се да се справим с проблема с пластмасата още от появата на самата пластмаса. Има закони, забраняващи използването на единична пластмаса, а рециклираната пластмаса вече е предпочитана навсякъде. Дори малките стъпки като забраната на найлоновите торбички за носене в супермаркетите са навсякъде в медиите. Въпросът е, че трябва да действаме бързо, ако искаме да запазим нашите планета от пластмаса замърсяване. Въпреки това трябва да продължим да възприемаме рециклирането в ежедневието си, като същевременно насърчаваме и децата си да го правят. Все още се нуждаем от добро дългосрочно решение, което да върви ръка за ръка с нашите лични усилия. Това изследване бележи началото за справяне с един от най-големите проблеми, които имаме планета е обърната.
***
Източник (и)
Хари П и др. 2018. Характеризиране и проектиране на ароматна полиестераза, разграждаща пластмаса. Известия на Националната академия на науките. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
***
