Istraživači su identificirali i izradili enzim koji može probaviti i konzumirati neke od naših najčešćih zagađivača plastika pružajući nadu za recikliranje i borbu zagađenje
Onečišćujuće plastika je najveći ekološki izazov u svijetu u obliku plastike zagađenje a optimalno rješenje ovog problema još uvijek ostaje nedostižno. Najviše plastika izrađeni su od nafte ili prirodnog plina koji su neobnovljivi izvori koji se vade i prerađuju energetski intenzivnim tehnikama. Stoga je njihova proizvodnja i sama proizvodnja vrlo destruktivna za osjetljive ekosustave. Uništavanje plastike (uglavnom spaljivanjem) uzrokuje zrak, voda i zemlju zagađenje. Oko 79 posto plastike proizvedene u posljednjih 70 godina bačeno je, bilo na odlagališta otpada ili u okoliš, dok se samo oko devet posto reciklira, a ostatak se spaljuje. Ovaj proces spaljivanja izlaže ranjive radnike otrovnim kemikalijama koje uključuju tvari koje uzrokuju rak. Kaže se da oceani sadrže oko 51 trilijun mikroplastičnih čestica i polako iscrpljuju morski život. Neke plastične mikročestice bivaju otpuhane u zraku što dovodi do zagađenje i realna je mogućnost da ih možda udišemo. Nitko nije mogao predvidjeti 1960-ih da će pojava i popularnost plastike jednog dana postati teret s ogromnim plastičnim otpadom koji pluta našim prekrasnim oceanima, zrakom i bačen na našu dragocjenu zemlju.
Plastika pakiranje je najveća prijetnja i najkorumpiranija uporaba plastike. Ali problem je što je plastična vrećica posvuda, koristi se za svaku sitnicu i nema kontrole nad njezinom upotrebom. Ova vrsta sintetičke plastike se ne biološki razgrađuje, umjesto toga samo stoji i nakuplja se na odlagalištima i pridonosi zaštiti okoliša zagađenje. Postojale su inicijative za “potpunu zabranu plastike”, posebice polistirena koji se koristi u pakiranju. Međutim, to ne dovodi do željenih rezultata jer je plastika još uvijek sveprisutna u zemlji, zraku i vodi i neprestano raste. Sa sigurnošću se može reći da plastika možda nije uvijek vidljiva golim okom, ali ima je posvuda! Nažalost, ne možemo se pozabaviti problemom recikliranja i odlaganja plastičnog materijala.
U studiji objavljenoj u Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti SAD-a, istraživači su otkrili poznati prirodni enzim koji se hrani plastikom. Ovo je bilo slučajno otkriće dok su ispitivali strukturu enzima koji je pronađen u otpadu spremnom za recikliranje u centru u Japanu. Ovaj enzim nazvan Ideonella sakaiensis 201-F6, sposoban je "pojesti" ili "hraniti" patentirani plastični PET ili polietilen tereftalat koji se najčešće koristi u milijunima tona plastičnih boca. Enzim je u osnovi omogućio bakterijama da razgrađuju plastiku kao njihov izvor hrane. Trenutno ne postoje rješenja za recikliranje PET-a, a plastične boce od PET-a opstaju više od stotina godina u okolišu. Ova studija koju su vodili timovi sa Sveučilišta u Portsmouthu i Nacionalnog laboratorija za obnovljivu energiju (NREL) Ministarstva energetike Sjedinjenih Država izazvala je ogromnu nadu.
Prvotni cilj bio je odrediti trodimenzionalnu kristalnu strukturu ovog prirodnog enzima (nazvanog PETaza) i upotrijebiti te informacije kako bi razumjeli kako točno ovaj enzim djeluje. Koristili su intenzivnu zraku X-zraka – koje su 10 milijardi puta svjetlije od sunca – kako bi razjasnili strukturu i vidjeli pojedinačne atome. Takve snažne zrake omogućile su razumijevanje unutarnjeg rada enzima i pružile ispravne nacrte kako bi se mogli izraditi brži i učinkovitiji enzimi. Otkriveno je da PETaza izgleda vrlo slično drugom enzimu zvanom kutinaza, osim što PETaza ima posebnu značajku i "otvorenije" aktivno mjesto, za koje se smatra da prihvaća polimere koje je napravio čovjek (umjesto prirodnih). Ove razlike odmah su ukazivale da se PETaza može više razviti, posebno u okruženju koje sadrži PET, i tako može razgraditi PET. Mutirali su aktivno mjesto PETase kako bi izgledalo više kao kutinaza. Ono što je uslijedilo bio je potpuno neočekivan ishod, mutant PETase uspio je razgraditi PET čak i bolje od prirodne PETase. Dakle, u procesu razumijevanja i pokušaja poboljšanja sposobnosti prirodnog enzima, istraživači su slučajno konstruirali novi enzim koji je bio čak i bolji od prirodnog enzima u razgradnji PET-a. plastika. Ovaj enzim također može razgraditi polietilen furandikarboksilat, ili PEF, bio-baziranu zamjenu za PET plastiku. To je stvorilo nadu da će se uhvatiti u koštac s drugim supstratima kao što je PEF (polietilen furanoat) ili čak PBS (polibutilen sukcinat). Alati za enzimsko inženjerstvo i evoluciju mogu se kontinuirano primjenjivati za daljnje poboljšanje. Istraživači traže način za poboljšanje enzima kako bi se njegova funkcija mogla ugraditi u moćnu industrijsku postavu velikih razmjera. Inženjerski proces je vrlo sličan enzimima koji se trenutno koriste u deterdžentima za bio-pranje ili u proizvodnji biogoriva. Tehnologija postoji i stoga bi industrijska održivost trebala biti dostižna u nadolazećim godinama.
Potrebna su daljnja istraživanja kako bi se razumjeli neki aspekti ove studije. Prvo, enzim razgrađuje veće komade plastike na manje komade, stoga podržava recikliranje plastičnih boca, ali svu tu plastiku prvo treba oporaviti. Ova "manja" plastika kada se izvuče mogla bi se upotrijebiti za njihovo ponovno pretvaranje u plastične boce. Enzim ne može "sam pronaći plastiku" u okolišu. Jedna od predloženih opcija mogla bi biti da se ovaj enzim usadi u neke bakterije koje mogu početi razgrađivati plastiku većom brzinom dok podnose visoke temperature. Također, potrebno je razumjeti dugoročni učinak ovog enzima.
Utjecaj takvog inovativnog rješenja za rješavanje problema plastičnog otpada bio bi vrlo velik na globalnoj razini. Pokušavamo se uhvatiti u koštac s problemom plastike još od pojave same plastike. Postojali su zakoni koji zabranjuju korištenje jedne plastike, a također se reciklirana plastika sada posvuda favorizira. Čak i mali koraci poput zabrane plastičnih vrećica u supermarketima bili su u svim medijima. Poanta je da moramo djelovati brzo ako želimo sačuvati svoje planeta od plastike zagađenje. No moramo nastaviti s usvajanjem recikliranja u svakodnevnom životu, istovremeno potičući i svoju djecu da to čine. Još uvijek trebamo dobro dugoročno rješenje koje može ići ruku pod ruku s našim osobnim naporima. Ovo istraživanje označava početak za rješavanje jednog od najvećih problema koji naši planeta se suočava.
***
{Izvorni istraživački rad možete pročitati klikom na vezu DOI koja se nalazi u nastavku na popisu citiranih izvora}
Izvor (i)
Harry P i sur. 2018. Karakterizacija i inženjering aromatične poliesteraze koja razgrađuje plastiku. Zbornik Nacionalne akademije znanosti. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
