قام الباحثون بتحديد وهندسة إنزيم يمكنه هضم واستهلاك بعض المواد الأكثر تلويثًا لدينا البلاستيك توفير الأمل لإعادة التدوير والقتال التلوث
تلويث البلاستيك هو أكبر تحد بيئي في جميع أنحاء العالم في شكل بلاستيك التلوث والحل الأمثل لهذه المشكلة لا يزال بعيد المنال. معظم البلاستيك مصنوعة من البترول أو الغاز الطبيعي وهي موارد غير متجددة يتم استخراجها ومعالجتها باستخدام تقنيات كثيفة الاستخدام للطاقة. وبالتالي، فإن تصنيعها وإنتاجها في حد ذاته مدمر للغاية للنظم البيئية الهشة. تدمير البلاستيك (في الغالب عن طريق الحرق) يسبب الهواء، ماء والأرض التلوث. تم التخلص من حوالي 79% من البلاستيك الذي تم إنتاجه على مدار السبعين عامًا الماضية، إما في مكبات النفايات أو في البيئة العامة بينما يتم إعادة تدوير حوالي 70% فقط مع حرق الباقي. تعرض عملية الحرق هذه العمال المعرضين للخطر للمواد الكيميائية السامة التي تشمل المواد المسببة للسرطان. يقال إن المحيطات تحتوي على حوالي 51 تريليون جزيء بلاستيكي صغير، مما يؤدي إلى استنفاد الحياة البحرية ببطء. تتطاير بعض الجزيئات البلاستيكية الدقيقة في الهواء مما يؤدي إلى ذلك التلوث ومن المحتمل أننا قد نستنشقها. لم يكن بإمكان أحد أن يتنبأ في ستينيات القرن العشرين بأن ظهور البلاستيك وشعبيته سيصبح يومًا ما عبئًا مع النفايات البلاستيكية الضخمة التي تجدها طافية في محيطاتنا الجميلة وهواءنا وملقاة على أراضينا الثمينة.
البلاستيك التعبئة والتغليف هي أكبر تهديد واستخدام البلاستيك الأكثر فسادًا. لكن المشكلة هي أن الأكياس البلاستيكية موجودة في كل مكان، وتستخدم لكل الأغراض الصغيرة ولا يوجد أي سيطرة على استخدامها. هذا النوع من البلاستيك الاصطناعي لا يتحلل بيولوجيًا، وبدلاً من ذلك يبقى ويتراكم في مدافن النفايات ويساهم في الحفاظ على البيئة التلوث. وكانت هناك مبادرات لـ "الحظر الكامل للبلاستيك"، وخاصة البوليسترين الذي يستخدم في التعبئة والتغليف. ومع ذلك، فإن هذا لا يؤدي إلى النتائج المرجوة لأن البلاستيك لا يزال موجودًا في كل مكان في الأرض والهواء والماء وينمو باستمرار. من الآمن أن نقول إن البلاستيك قد لا يكون مرئيًا بالعين المجردة طوال الوقت ولكنه موجود في كل مكان! ومن المؤسف أننا غير قادرين على معالجة مشكلة إعادة تدوير المواد البلاستيكية والتخلص منها.
في دراسة نشرت في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم الولايات المتحدة الأمريكية، اكتشف الباحثون مادة طبيعية معروفة انزيم الذي يتغذى على البلاستيك. كان هذا اكتشافًا بالصدفة أثناء فحصهم لبنية إنزيم تم العثور عليه في النفايات الجاهزة لإعادة التدوير في مركز في اليابان. هذا الإنزيم المسمى Ideonella sakaiensis 201-F6 ، قادر على "أكل" أو "تغذية" بلاستيك PET أو البولي إيثيلين تيريفثالات الحاصل على براءة اختراع والذي يستخدم بشكل شائع في ملايين الأطنان من الزجاجات البلاستيكية. سمح الإنزيم أساسًا للبكتيريا بتحليل البلاستيك كمصدر للغذاء. لا توجد حاليًا حلول لإعادة التدوير للـ PET وتستمر الزجاجات البلاستيكية المصنوعة من PET لأكثر من مئات السنين في البيئة. لقد ولدت هذه الدراسة التي قادتها فرق في جامعة بورتسموث والمختبر الوطني للطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (NREL) أملاً هائلاً.
كان الهدف الأصلي هو تحديد التركيب البلوري ثلاثي الأبعاد لهذا الإنزيم الطبيعي (المسمى PETase) واستخدام هذه المعلومات لفهم كيفية عمل هذا الإنزيم بالضبط. استخدموا شعاعًا مكثفًا من الأشعة السينية - وهو أكثر إشراقًا من الشمس بعشرة مليارات مرة - لتوضيح الهيكل ورؤية الذرات الفردية. مكنت هذه الحزم القوية من فهم العمل الداخلي للإنزيم وقدمت مخططات صحيحة لتكون قادرة على هندسة إنزيمات أسرع وأكثر كفاءة. تم الكشف عن أن PETase يشبه إلى حد كبير إنزيم آخر يسمى cutinase باستثناء أن PETase له ميزة خاصة وموقع أكثر نشاطًا "مفتوحًا" ، والذي يُعتقد أنه يستوعب البوليمرات التي يصنعها الإنسان (بدلاً من الطبيعية). أشارت هذه الاختلافات على الفور إلى أن PETase قد يكون أكثر تطورًا خاصة في بيئة تحتوي على PET وبالتالي يمكن أن تتحلل من PET. لقد قاموا بتحور موقع PETase النشط لجعله يبدو أشبه بالكيوتيناز. ما تبع ذلك كان نتيجة غير متوقعة تمامًا ، فقد كان متحولة PETase قادرة على تحلل PET بشكل أفضل من PETase الطبيعي. وهكذا ، في عملية فهم قدرة الإنزيم الطبيعي ومحاولة تحسينها ، انتهى الأمر بالباحثين بطريق الخطأ إلى هندسة إنزيم جديد كان أفضل من الإنزيم الطبيعي في تكسير PET البلاستيك. يمكن أن يؤدي هذا الإنزيم أيضًا إلى تحلل البولي إيثيلين فورانديكاربوكسيلات ، أو PEF ، وهو بديل حيوي للبلاستيك PET ، وقد ولّد هذا الأمل في معالجة ركائز أخرى مثل PEF (بولي إيثيلين فورانوات) أو حتى PBS (بولي بيوتيلين سكسينات). يمكن تطبيق أدوات هندسة الإنزيمات وتطورها باستمرار لمزيد من التحسين. يبحث الباحثون عن طريقة لتحسين الإنزيم بحيث يمكن دمج وظيفته في منشأة صناعية قوية واسعة النطاق. تشبه العملية الهندسية إلى حد كبير الإنزيمات التي تُستخدم حاليًا في منظفات الغسيل الحيوي أو في تصنيع الوقود الحيوي. التكنولوجيا موجودة ، وبالتالي فإن الجدوى الصناعية يجب أن تكون قابلة للتحقيق في السنوات القادمة.
هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم بعض جوانب هذه الدراسة. أولاً ، يقوم الإنزيم بتقسيم القطع البلاستيكية الكبيرة إلى قطع أصغر ، وبالتالي فهو يدعم إعادة تدوير الزجاجات البلاستيكية ، ولكن يجب استعادة كل هذا البلاستيك أولاً. يمكن استخدام هذا البلاستيك "الأصغر" عند استعادته لإعادة استخدامها في زجاجات بلاستيكية. لا يستطيع الإنزيم حقًا "الذهاب والعثور على البلاستيك بمفرده" في البيئة. يمكن أن يكون أحد الخيارات المقترحة هو زرع هذا الإنزيم في بعض البكتيريا التي يمكن أن تبدأ في تكسير البلاستيك بمعدل أعلى مع تحمل درجات الحرارة المرتفعة. أيضًا ، لا يزال يتعين فهم التأثير طويل المدى لهذا الإنزيم.
سيكون تأثير مثل هذا الحل المبتكر لمعالجة النفايات البلاستيكية مرتفعًا جدًا على نطاق عالمي. لقد حاولنا معالجة مشكلة البلاستيك منذ ظهور البلاستيك نفسه. كانت هناك قوانين تحظر استخدام البلاستيك الفردي، كما أصبح البلاستيك المعاد تدويره الآن مفضلاً في كل مكان. حتى الخطوات الصغيرة مثل حظر الأكياس البلاستيكية في محلات السوبر ماركت كانت منتشرة في جميع وسائل الإعلام. النقطة المهمة هي أننا بحاجة إلى التصرف بسرعة إذا أردنا الحفاظ على ممتلكاتنا كوكب من البلاستيك التلوث. على الرغم من أنه يجب علينا الاستمرار في اعتماد إعادة التدوير في حياتنا اليومية مع تشجيع أطفالنا على القيام بذلك أيضًا. ما زلنا بحاجة إلى حل جيد طويل الأمد يمكن أن يسير جنبًا إلى جنب مع جهودنا الفردية. يمثل هذا البحث بداية لمعالجة واحدة من أكبر المشاكل التي تواجهنا كوكب يواجه.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
هاري ب وآخرون. 2018. توصيف وهندسة البوليستيراز العطري المهين للبلاستيك. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
