Изследователи са идентифицирали и създали ензим, който може да разгражда и консумира някои от най-често замърсяващите пластмаси, което дава надежда за рециклиране и борба със замърсяването.
Замърсяването с пластмаси е най-голямото екологично предизвикателство в световен мащаб под формата на замърсяване с пластмаси и оптималното решение на този проблем все още остава неуловим. Повечето пластмаси се произвеждат от петрол или природен газ, които са невъзобновяеми ресурси, добивани и преработвани с помощта на енергоемки техники. По този начин самото им производство е много разрушително за крехките екосистеми. Унищожаването на пластмасите (най-вече чрез изгаряне) причинява замърсяване на въздуха, водата и земята . Около 79% от пластмасата, произведена през последните 70 години, е била изхвърлена, или на сметища, или в околната среда, докато само около девет процента се рециклира, а останалата част се изгаря. Този процес на изгаряне излага уязвимите работници на токсични химикали, които включват канцерогенни вещества. Твърди се, че океаните съдържат около 51 трилиона микропластмасови частици и бавно изчерпват морския живот. Някои от пластмасовите микрочастици се разнасят 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 появата и популярността на пластмасите един ден ще се превърнат в бреме, като огромните количества пластмасови отпадъци ще се намират в красивите ни океани, във въздуха и ще се изхвърлят върху ценните ни земи.
Пластмасовите опаковки са най-голямата заплаха и най-корупционното приложение на пластмасата. Проблемът обаче е, че найлоновите торбички са навсякъде, използват се за всякакви цели и няма контрол върху употребата им. Този вид синтетична пластмаса не се биоразгражда, а просто се натрупва на сметища и допринася за замърсяването на околната среда . 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 повсеместна в земята, въздуха и водата и нейното разпространение непрекъснато се разраства. Можем спокойно да кажем, че пластмасата може дори да не е видима 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 пластмасовите материали.
В проучване, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences USA , изследователи са открили известен естествен ензим , който се храни с пластмаса. Това е случайно откритие, докато са изследвали структурата на ензим, открит в отпадъци, готови за рециклиране в център в Япония. Този ензим, наречен Ideonella sakaiensis 201-F6, е способен да „изяде“ или „храни“ патентована пластмаса PET или полиетилен терефталат, която най-често се използва в милиони тонове пластмасови бутилки. Ензимът по същество е позволил на бактериите да разградят пластмасата като свой източник на храна. В момента не съществуват решения за рециклиране на PET, а пластмасовите бутилки, изработени от PET, се задържат в околната среда повече от стотици години. Това проучване, ръководено от екипи от Университета в Портсмут и Националната лаборатория за възобновяема енергия (NREL) към Министерството на енергетиката на САЩ, 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. Те използваха интензивен лъч рентгенови лъчи – които са 10 милиарда пъти по-ярки от слънцето – за да изяснят структурата и да видят отделните атоми. Такива мощни лъчи позволиха да се разбере вътрешната работа на ензима и предоставиха 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-„отворен“ активен център, за който се смята, че побира създадени от човека полимери (вместо естествените). Тези разлики веднага показаха, че PETase може да е по-еволюирала, особено в среда, съдържаща PET, и по този начин да може да разгражда PET. Те мутираха активния център на PETase, за да го направят да изглежда по-подобен на кутиназа. Това, което последва, беше напълно неочакван резултат – мутантът на PETase успя да разгради PET дори по-добре от естествената PETase. По този начин, в процеса на разбиране и опит за подобряване на способността на естествения ензим, изследователите случайно са създали нов ензим, който е дори по-добър от естествения ензим в разграждането на PET пластмаси . Този ензим може също да разгражда полиетилен фурандикарбоксилат или PEF, биобазиран заместител на PET пластмаси. Това е породило 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 усъвършенстване. Изследователите търсят начин за подобряване на ензима, така че неговата функция да може да бъде включена в мощна мащабна индустриална инсталация. Инженерният процес е много подобен на ензимите, които понастоящем се използват в био-перилни препарати или в производството на биогорива. Технологията съществува и следователно индустриалната жизнеспособност би трябвало 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 подобно 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 употребата на еднократна пластмаса, а също така рециклираната пластмаса вече е предпочитана навсякъде. Дори малки стъпки като забраната на пластмасовите торбички за носене в супермаркетите са широко отразени в медиите. Въпросът е, че трябва да действаме бързо, ако искаме да предпазим планетата си от замърсяване с пластмаса . Въпреки това, трябва да продължим да приемаме рециклирането в ежедневието си, като същевременно насърчаваме децата си да го правят. Все още се нуждаем от добро дългосрочно решение, което може да върви ръка за ръка с нашите индивидуални усилия. Това изследване бележи началото за справяне с един от най-големите проблеми, пред които е изправена нашата планета.
***
Източник (и)
Harry P et al. 2018. Характеризиране и инженеринг на ароматна полиестераза, разграждаща пластмаси. Proceedings of the National Academy of Sciences. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
***
