این پیشرفت که با کشف حشرات پلاستیک خوار در یک زباله دانی ژاپنی تحریک شد، می تواند به حل بحران جهانی آلودگی پلاستیک کمک کند. دانشمندان یک آنزیم جهش یافته ایجاد کرده اند که به طور تصادفی بطری های پلاستیکی نوشیدنی ها را تجزیه می کند. این پیشرفت می تواند به حل بحران جهانی آلودگی پلاستیک با امکان بازیافت کامل بطری ها برای اولین بار کمک کند. تحقیقات جدید با کشف اولین باکتری در سال 2016 انجام شد که به طور طبیعی برای تجزیه پلاستیک تکامل یافته بود، در یک زباله دانی در ژاپن. اکنون دانشمندان ساختار دقیق آنزیم مهم تولید شده توسط این حشره را آشکار کرده اند.
سپس تیم بینالمللی آنزیم را بهینهسازی کردند تا ببینند چگونه تکامل یافته است، اما آزمایشها نشان داد که آنها سهواً این مولکول را در تجزیه پلاستیک PET (پلی اتیلن ترفتالات) که برای بطریهای نوشابه استفاده میشود، بهتر کردهاند. پروفسور جان مک گیهان، از دانشگاه پورتسموث، بریتانیا، که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: «آنچه در واقع معلوم شد این بود که ما آنزیم را بهبود بخشیم، که کمی شوککننده بود. “این عالی و یک یافته واقعی است.”
آنزیم جهش یافته چند روز طول می کشد تا شروع به تجزیه پلاستیک کند – بسیار سریعتر از قرن هایی که در اقیانوس ها طول می کشد. اما محققان خوشبین هستند که این امر میتواند حتی بیشتر از این تسریع شود و به یک فرآیند در مقیاس بزرگ تبدیل شود.
مک گیهان گفت: “در تجزیه پلاستیک کاری که ما امیدواریم انجام دهیم این است که از این آنزیم برای تبدیل این پلاستیک به اجزای اصلی خود استفاده کنیم تا بتوانیم به معنای واقعی کلمه آن را به پلاستیک بازیافت کنیم.” این بدان معناست که ما دیگر نیازی به استخراج نفت نخواهیم داشت و اساساً باید میزان پلاستیک موجود در محیط را کاهش دهیم.
حدود 1 میلیون بطری پلاستیکی در هر دقیقه در سرتاسر جهان فروخته میشود و تنها 14 درصد بازیافت می شود، بسیاری از آنها در اقیانوسها قرار میگیرند، جایی که حتی دورافتادهترین قسمتهای آن را آلوده کردهاند و به زندگی دریایی و احتمالاً افرادی که غذاهای دریایی میخورند آسیب میرسانند. “به طرز باورنکردنی در برابر تخریب مقاوم است. برخی از این تصاویر وحشتناک هستند. “این یکی از این مواد شگفت انگیز است که کمی بیش از حد خوب ساخته شده است.”
با این حال، در حال حاضر، حتی بطری هایی که بازیافت می شوند، فقط می توانند به الیاف مات برای لباس یا فرش تبدیل شوند. در تجزیه پلاستیک آنزیم جدید راهی را برای بازیافت بطری های پلاستیکی شفاف به بطری های پلاستیکی شفاف نشان می دهد که می تواند نیاز به تولید پلاستیک جدید را کاهش دهد.
مک گیهان گفت: “شما همیشه با این واقعیت مخالف هستید که نفت ارزان است، بنابراین PET بکر ارزان است.” برای تولیدکنندگان بسیار آسان است که بیشتر از آن چیزها را تولید کنند، نه اینکه حتی سعی کنند بازیافت کنند. اما من معتقدم که یک محرک عمومی در اینجا وجود دارد: اندیشه ها آنقدر در حال تغییر است که شرکتها شروع به بررسی نحوه بازیافت صحیح این محصولات کردهاند.
ساختار آنزیم بسیار شبیه به آنزیم است که توسط بسیاری از باکتری ها برای تجزیه کوتین، یک پلیمر طبیعی که به عنوان یک پوشش محافظ توسط گیاهان استفاده می شود، تکامل یافته است. اما زمانی که تیم آنزیم را برای کشف این ارتباط دستکاری کردند، به طور تصادفی توانایی آن در خوردن PET را بهبود دادند.
آنزیم های صنعتی به طور گسترده ای در تولید پودرهای لباسشویی و تولید سوخت زیستی استفاده می شوند، آنها ساخته شده اند تا در چند سال 1000 برابر سریعتر عمل کنند، همان مقیاس زمانی که McGeehan برای آنزیم پلاستیک خوار پیش بینی می کند. پتنتی بر روی آنزیم جهش یافته خاص توسط محققان پورتسموث و محققان آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر ایالات متحده در کلرادو ثبت شده است.
یکی از پیشرفتهای احتمالی که در حال بررسی است، پیوند آنزیم جهشیافته به یک «باکتری اکسترموفیل» است که میتواند در دمای بالای 70 درجه سانتیگراد زنده بماند، در این مرحله PET از حالت شیشهای به حالت چسبناک تغییر میکند و احتمال تخریب آن 10-100 برابر سریعتر است.
کار قبلی نشان داده بود که برخی از قارچها میتوانند پلاستیک PET را که حدود 20 درصد از تولید جهانی پلاستیک را تشکیل میدهد، تجزیه کنند. اما مهار باکتری ها برای مصارف صنعتی بسیار آسان تر است.
مک گیهان گفت: سایر انواع پلاستیک را میتوان توسط باکتریهایی که در حال حاضر در محیط تکامل مییابند، تجزیه کرد اما برخی از دانشمندان حدس زدهاند که ممکن است روزی حشرات پلاستیکخوار روی زبالههای پلاستیکی عظیم در اقیانوسها اسپری شوند تا آنها را تمیز کنند.
اولیور جونز، شیمیدان در دانشگاه RMIT در ملبورن، استرالیا، گفت: “من فکر می کنم [تحقیق جدید] کار بسیار هیجان انگیزی است، و نشان می دهد که پتانسیل قوی برای استفاده از فناوری آنزیم برای کمک به مشکل رو به رشد زباله در جامعه وجود دارد.”
او گفت: «آنزیمها غیرسمی، زیست تخریبپذیر هستند و میتوانند در مقادیر زیاد توسط میکروارگانیسمها تولید شوند. «هنوز راهی وجود دارد تا بتوانید مقادیر زیادی پلاستیک را با آنزیمها بازیافت کنید، و شاید کاهش میزان پلاستیک تولید شده در وهله اول ترجیح داده شود. [اما] این مطمئناً گامی در جهت مثبت است.»
پروفسور آدیسا آزاپاگیک، از دانشگاه منچستر در بریتانیا، موافق است که این آنزیم می تواند مفید باشد، اما افزود: “یک ارزیابی کامل از چرخه زندگی لازم است تا اطمینان حاصل شود که این فناوری یک مشکل زیست محیطی – زباله ها – را به مشکل دیگری تبدیل نمیکند از جمله انتشار گازهای گلخانه ای اضافی.
این مقاله در 17 آوریل 2018 اصلاح شد تا مشخص شود که PET بالای 70 درجه سانتیگراد ویسکوز می شود. نقطه ذوب آن بالای 250 درجه سانتیگراد است.