A kutatók azonosítottak és kifejlesztettek egy enzimet, amely képes megemészteni és elfogyasztani a leggyakrabban szennyező anyagokat műanyag reményt adva az újrahasznosításra és a harcra környezetszennyezés
Szennyezés műanyag a legnagyobb környezetvédelmi kihívás világszerte a műanyag formájában környezetszennyezés és ennek a problémának az optimális megoldása továbbra is megfoghatatlan. A legtöbb műanyag kőolajból vagy földgázból készülnek, amelyek nem megújuló erőforrások, amelyeket energiaigényes technikákkal nyernek ki és dolgoznak fel. Így előállításuk és előállításuk is nagyon romboló hatással van a törékeny ökoszisztémákra. A műanyag megsemmisítése (leginkább elégetéssel) levegőt okoz, víz és földet környezetszennyezés. Az elmúlt 79 évben előállított műanyag körülbelül 70 százaléka került kidobásra, vagy a hulladéklerakókba, vagy a környezetbe, miközben csak körülbelül kilenc százalékát hasznosítják újra, a többit elégetik. Ez az égetési folyamat a kiszolgáltatott munkavállalókat mérgező vegyi anyagoknak teszi ki, beleértve a rákkeltő anyagokat is. Az óceánok állítólag mintegy 51 billió mikroműanyag részecskét tartalmaznak, és lassan kimerítik a tengeri élővilágot. A műanyag mikrorészecskék egy része a levegőben elrepül, ami a környezetszennyezés és valós lehetőség, hogy belélegezzük őket. Az 1960-as években senki sem tudta volna megjósolni, hogy a műanyagok megjelenése és népszerűsége egy napon teherré válik a gyönyörű óceánjainkban, a levegőben lebegő és értékes földjeinkre lerakott hatalmas műanyaghulladék miatt.
Műanyag a csomagolás jelenti a legnagyobb veszélyt és a legkorruptabb műanyaghasználatot. De a probléma az, hogy műanyag zacskó mindenhol megtalálható, minden apró célra használják, és nincs ellenőrzés a használat felett. Ez a fajta szintetikus műanyag nem bomlik le biológiailag, hanem csak leül és felhalmozódik a szemétlerakókban, és hozzájárul a környezetvédelemhez. környezetszennyezés. Voltak kezdeményezések a „műanyag teljes betiltására”, különösen a polisztirolra, amelyet a csomagolásban használnak. Ez azonban nem vezet a kívánt eredményekhez, mivel a műanyag még mindig mindenütt megtalálható a földben, a levegőben és a vízben, és folyamatosan növekszik. Biztosan kijelenthetjük, hogy a műanyag szabad szemmel nem is mindig látható, de mindenhol ott van! Sajnálatos, hogy nem tudjuk kezelni a műanyag újrahasznosítási és ártalmatlanítási problémáját.
Egy tanulmány Az USA Nemzeti Tudományos Akadémiájának közleményei, a kutatók felfedeztek egy ismert természetes enzim amely műanyaggal táplálkozik. Ez egy véletlen felfedezés volt, miközben egy japán központban egy újrahasznosításra kész hulladékban talált enzim szerkezetét vizsgálták. Ez az Ideonella sakaiensis 201-F6 nevű enzim képes a szabadalmaztatott műanyag PET-et vagy polietilén-tereftalátot „megenni” vagy „kitáplálni”, amelyet leggyakrabban több millió tonna műanyag palackban használnak. Az enzim alapvetően lehetővé tette a baktériumok számára, hogy lebontsák a műanyagot, mint táplálékforrást. Jelenleg nem léteznek újrahasznosítási megoldások a PET számára, és a PET-ből készült műanyag palackok több mint száz évig megmaradnak a környezetben. Ez a tanulmány, amelyet a Portsmouthi Egyetem és az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Nemzeti Megújuló Energia Laboratóriuma (NREL) vezetett, óriási reményt keltett.
Az eredeti cél az volt, hogy meghatározzák ennek a természetes enzimnek (az úgynevezett PETaáznak) a háromdimenziós kristályszerkezetét, és ennek az információnak a segítségével megértsék, hogyan működik pontosan ez az enzim. Intenzív röntgensugarat használtak – amely a napnál 10 milliárdszor fényesebb – a szerkezet felderítésére és az egyes atomok megtekintésére. Az ilyen erős nyalábok lehetővé tették az enzim belső működésének megértését, és megfelelő tervrajzokat adtak a gyorsabb és hatékonyabb enzimek tervezéséhez. Kiderült, hogy a PETáz nagyon hasonlít egy másik enzimhez, a kutinázhoz, kivéve, hogy a PETáznak van egy különleges tulajdonsága és egy „nyitottabb” aktív helye, amelyről úgy gondolják, hogy az ember által előállított polimerek befogadására szolgál (a természetes polimerek helyett). Ezek a különbségek azonnal jelezték, hogy a PETáz jobban fejlődhet, különösen PET-tartalmú környezetben, és így lebonthatja a PET-et. Mutálták a PETase aktív helyet, hogy jobban hasonlítsanak a kutinázra. Ami ezután következett, az teljesen váratlan eredmény volt, a PETáz mutáns még jobban le tudta bontani a PET-et, mint a természetes PETáz. Így a természetes enzim képességének megértése és javítása során a kutatók véletlenül egy új enzimet fejlesztettek ki, amely még a természetes enzimnél is jobb volt a PET lebontásában. műanyag. Ez az enzim a polietilén-furándikarboxilátot vagy PEF-et is lebonthatja, amely a PET-műanyagok bioalapú helyettesítője. Ez reményt keltett más szubsztrátumok, például PEF (polietilén-furanoát) vagy akár PBS (polibutilén-szukcinát) kezelésében. Az enzimfejlesztés és az evolúció eszközei folyamatosan alkalmazhatók a további fejlesztések érdekében. A kutatók egy módot keresnek az enzim javítására, hogy funkcióját be lehessen építeni egy erőteljes, nagy ipari létesítménybe. A mérnöki folyamat nagyon hasonlít azokhoz az enzimekhez, amelyeket jelenleg biomosó mosószerekben vagy bioüzemanyagok gyártásában használnak. A technológia létezik, így az ipari életképesség a következő években elérhető lesz.
További kutatásra van szükség a tanulmány egyes aspektusainak megértéséhez. Először is, az enzim a nagyobb műanyagdarabokat kisebb darabokra bontja, ezért támogatja a műanyag palackok újrahasznosítását, de ezt a műanyagot először vissza kell nyerni. Ezt a „kisebb” műanyagot visszanyerve vissza lehetne őket műanyag palackokká alakítani. Az enzim nem tud igazán „menni, és önmagában műanyagot találni” a környezetben. Az egyik javasolt lehetőség az lehetne, hogy ezt az enzimet beültetik néhány baktériumba, amelyek gyorsabban kezdik el lebontani a műanyagot, miközben ellenállnak a magas hőmérsékletnek. Ezenkívül ennek az enzimnek a hosszú távú hatását még fel kell ismerni.
Egy ilyen innovatív megoldás a műanyaghulladék kezelésére globális szinten igen nagy hatást gyakorolna. A műanyag problémát a műanyag megjelenése óta próbáljuk kezelni. Törvények tiltották az egyszeri műanyag felhasználását, és az újrahasznosított műanyagot is mindenhol előnyben részesítik. Még olyan apró lépések is megjelentek a médiában, mint például a műanyag hordtáskák betiltása a szupermarketekben. A lényeg az, hogy gyorsan kell cselekednünk, ha meg akarjuk őrizni magunkat bolygó műanyagból környezetszennyezés. Pedig folytatnunk kell az újrahasznosítást mindennapi életünkben, miközben gyermekeinket is erre kell ösztönöznünk. Még mindig szükségünk van egy jó hosszú távú megoldásra, amely kéz a kézben járhat saját egyéni erőfeszítéseinkkel. Ez a kutatás a kezdetet jelenti az egyik legnagyobb probléma megoldásához, amellyel foglalkozunk bolygó néz szembe.
***
{Az eredeti kutatási cikket a hivatkozott forrás(ok) listájában lent található DOI linkre kattintva olvashatja el}
Forrás (ok)
Harry P és mtsai. 2018. Műanyagbontó aromás poliészteráz jellemzése és tervezése. Proceedings of the National Academy of Sciences. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
