ساخت آنزیمی با توانایی تجزیه پلاستیک در چند ساعت

بدون شک شما هم اگر اندکی اخبار زیست‌محیطی گوشه‌وکنار جهان را دنبال کرده باشید متوجه شده‌اید که میزان بسیار نگران‌کننده‌ای از آلودگی پلاستیکی در سیاره‌ی ما وجود دارد و دانشمندان همواره در تلاش هستند تا راه‌هایی را برای استفاده از پلاستیک بدون آسیب رساندن طولانی‌مدت به محیط اطرافمان پیدا کنند.

بر پایه‌ی یک مطالعه جدید، استفاده از یک آنزیم خاص ایجادشده توسط گروهی از مهندسان، زمان تجزیه‌ی اجزای پلاستیک را به‌شدت کاهش می‌دهد. تیم سازنده‌ی این آنزیم بر این باورند که گونه‌ای از ماده‌ی ابداعی‌شان حتی می‌تواند برای پاکسازی مکان‌های آلوده به پلاستیک به‌ کار برده شود.

در طی آزمایش‌ها، محصولات ساخته‌شده از پلیمر پلی اتیلن ترفتالات (PET) در یک هفته و در برخی موارد دیگر طی ۲۴ ساعت شکسته شدند. برای اینکه به عظمت این آزمایش پی ببریم باید یادآور شویم که ممکن است قرن‌ها طول بکشد تا چنین محصولاتی به‌طور درست و کامل در شرایط طبیعی تجزیه شوند. هال آلپر، مهندس شیمی از دانشگاه تگزاس در آستین می‌گوید:

امکانات برای استفاده از این فرایند بازیافت پیشرو در صنایع بی‌پایان است. فراتر از کاربردهای مورد تصور و بدیهی در صنعت مدیریت زباله، این دستاورد همچنین به شرکت‌های هر بخش فرصت می‌دهد تا در بازیافت محصولات خود پیش قدم شوند.

تیم پژوهشی نام FAST-PETase (PETase در زبان انگلیسی مخفف چهار واژه‌ی عملکردی، فعال، پایدار و متحمل) را برای آنزیم ابداعی‌شان در نظر گرفته‌اند. آن‌ها این آنزیم را از یک PETase طبیعی تولید کرده‌اند. آنزیم طبیعی یادشده به باکتری‌ها امکان تجزیه‌ی پلاستیک PET را می‌دهد. مهندسان در ادامه با استفاده از یادگیری ماشین، روند طبیعی آن را اصلاح کردند و درنهایت موفق به شناسایی به پنج جهش مشخصی شدند که آنزیم‌ها را قادر می‌سازد تا مواد پلاستیکی را در شرایط مختلف محیطی به‌مقدار بسیار سریع‌تری تجزیه کند.

یافتن آنزیم FAST-PETase شامل مطالعه‌ی ۵۱ ظرف پلاستیکی مختلف پس از مصرف، پنج مورد الیاف پلی استر مختلف و همچنین پارچه و بطری آب ساخته‌شده از PET بود.

گونه‌ی آنزیمی ابداع‌شده در آزمایش‌ها روی همه‌ی این محصولات کارایی داشت. نکته‌ی مهم‌تر اینکه اثربخشی آن در دمای کمتر از ۵۰ درجه‌ی سانتیگراد به‌خوبی اثبات شد. آلپر می‌گوید:

هنگام در نظر گرفتن برنامه‌های پاکسازی محیط زیست، به آنزیمی نیاز پیدا می‌کنیم که بتواند در دمای محیط و در محیط [به‌خوبی] کار کند. این نیاز دقیقاً همان جایی است که فناوری ابداعی ما در آینده برتری‌های زیادی خواهد داشت.

PET در بسیاری از بسته‌بندی‌های مصرف‌کننده، از منسوجات گرفته تا بطری‌های نوشابه وجود دارد و تصور می‌شود که به تنهایی ۱۲ درصد از کل زباله‌های جهانی را تشکیل می‌دهد. اگر این رقم به‌اندازه‌ی کافی برایتان ترسناک به نظر نمی‌رسد، توجه شما را به یک گزاره‌ی دیگر جلب می‌کنیم: در سطح جهانی، کمتر از ۱۰ درصد از کل پلاستیک‌ها بازیافت شده‌اند.

وارد عرصه شدن FAST-PETase در چنین شرایطی می‌تواند تا حدودی راهگشا باشد. به‌گفته‌ی پژوهشگران روش اخیر نسبتاً ارزا بوده و قابلیت حمل و انتقال آسانی هم دارد. از طرفی گسترش آن تا سطح صنعتی مورد نیاز هم چندان دشوار به‌نظر نمی‌رسد.

اندرو الینگتون، زیست‌شیمیدان از دانشگاه تگزاس می‌گوید:

این کار واقعاً قدرت حاصل از گرد هم آوردن رشته‌های مختلف علمی، از زیست‌شناسی مصنوعی گرفته تا مهندسی شیمی و هوش مصنوعی را نشان می‌دهد.

دستاوردهای این پژوهش در قالب مقاله‌ای علمی در ژورنال Nature منتشر شده است.