Researchers have identified and engineered an enzyme which can digest and consume some of our most commonly polluting пластмаси providing a hope for recycling and fighting замърсяване
Замърсяващи пластмаси е най-голямото екологично предизвикателство в световен мащаб под формата на пластмаса замърсяване and optimal solution to this problem still remains elusive. Most пластмаси are made from petroleum or natural gas which are non-renewable resources that are extracted and processed using energy-intensive techniques. Thus, their manufacturing and production itself is very destructive for fragile ecosystems. The destruction of plastic (mostly by incineration) causes air, вода и земя замърсяване. About 79 per cent of plastic produced over the last 70 years has been thrown away, either into landfill sites or into the general environment while only about nine per cent is recycled with the rest incinerated. This process of incineration exposes vulnerable workers to toxic chemicals which include cancer-causing substances. The oceans are said to contain some 51 trillion microplastic particles and are slowly depleting marine life. Some of the plastic microparticles get blown away in air leading to замърсяване and it’s a real possibility that we might be inhaling them. No one could have predicted in the 1960s that advent and popularity of plastics would one day become a burden with huge plastic waste found floating in our beautiful oceans, air and dumped on our precious lands.
Пластмаса packaging is the biggest threat and most corrupt use of plastics. But the problem is that plastic bag is everywhere, used for every little purpose and there is no control over its usage. This kind of synthetic plastic does not biodegrade, instead just sits and accumulates in landfills and contributes to environmental замърсяване. There have been initiatives for “complete plastic ban”, especially polystyrene which is used in packaging. However, this is not leading to desired results as plastic is still ubiquitous in land, air and water and is ever growing. Safe to say that plastic may not even be visible to the naked eye all the time but it’s everywhere! It is unfortunate that we are unable to tackle the plastic material’s recycling and dispose problem.
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. Though we must carry on adopting recycling in our everyday life while encouraging our children to do so as well. We still need a good long-term solution which can go hand in hand with our own individual efforts. This research marks a beginning for tackling one of the biggest problems which our планета е обърната.
***
{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}
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
