Odkryta w 2016 roku bakteria żyjąca na diecie z plastikowych butelek wytwarza enzym – PETazę, dzięki któremu rozkłada tworzywa sztuczne. Dwa lata temu naukowcy poinformowali, że udało im się ulepszyć enzym. Teraz ta sama grupa badaczy stworzyła koktajl enzymów, który może rozkładać uciążliwy plastik nawet sześć razy szybciej, dając nadzieję na uporanie się z problemem odpadów z tworzyw sztucznych.
PET - Poli(tereftalan etylenu) to polimer stosowany na ogromną skalę do produkcji butelek do napojów. Na świecie co minutę sprzedaje się około miliona plastikowych butelek. Większość z nich trafia na wysypiska śmieci. Wiele dostaje się do oceanów, gdzie tworzą ogromne wyspy śmieci i zanieczyszczają nawet najodleglejsze rejony. Szkodzą przy tym organizmom morskim oraz potencjalnie ludziom, którzy je spożywają.
Od lat trwają poszukiwania skutecznej metody rozwiązania problemu zalegających i z roku na rok nawarstwiających się odpadów z tworzyw sztucznych. W 2016 roku na wysypisku śmieci w Japonii odkryto bakterię Ideonella sakaiensis, która jest w stanie metabolizować Poli(tereftalan etylenu). Wykorzystuje tworzywo sztuczne jako główne źródło energii. Choć znane są inne organizmy potrafiące rozkładać PET, choćby grzyby Fusarium solani czy Aspergillus oryzae, to okazało się, że enzym PETaza wytwarzany przez Ideonella sakaiensis robi to najszybciej.
PETaza rozkłada poli(tereftalan etylenu) z powrotem na jego elementy budulcowe, stwarzając możliwość efektywnego recyklingu plastiku i ograniczenia zanieczyszczenia tym tworzywem sztucznym. W środowisku naturalnym poli(tereftalan etylenu) rozkłada się setki lat, ale PETaza może skrócić ten czas do kilku dni.
Odkrycie PETazy dało nadzieję na rewolucję w recyklingu tworzyw sztucznych, tworząc potencjalne niskoenergetyczne rozwiązanie problemu odpadów z tworzyw sztucznych. W 2018 roku naukowcy z University of Portsmouth oraz z National Renewable Energy Laboratory (NREL) przeprojektować enzym usprawniając jego działanie o około 20 proc. Teraz zespół badaczy połączył PETaznę z drugim enzymem wytwarzanym przez te same bakterie – MHETazą. Powstały w ten sposób super-enzym zwiększył szybkość rozkładania poli(tereftalan etylenu) aż sześciokrotnie.
Wyniki ostatnich badań pojawiły się w czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences”.
Zespołem naukowców kierowali John McGeehan z University of Portsmouth oraz Gregg Beckham z NREL. - Gregg i ja rozmawialiśmy o tym, jak PETaza atakuje powierzchnię tworzyw sztucznych, a MHETaza dalej je rozdrabnia. Wydawało się naturalne, że powinniśmy ich używać razem, naśladując to, co dzieje się w naturze. Nasze pierwsze eksperymenty pokazały, że rzeczywiście współpraca dwóch enzymów przynosi lepsze korzyści, więc zdecydowaliśmy się spróbować je połączyć. Wymagało to dużo pracy po obu stronach Atlantyku, ale było warte wysiłku - byliśmy zachwyceni, widząc, że nasz nowy chimeryczny enzym jest znacznie szybszy niż naturalnie występujące oddzielnie enzymy, co otworzyło drogę do dalszych badań – przyznał McGeehan.
W badaniach okazało się, że zwykłe zmieszanie PETazy z MHETazą podwoiło szybkość rozkładu PET. Jednak połączenie ich w zaprojektowany rodzaj super-enzymu zwiększyło szybkość jeszcze trzykrotnie.
Odkrycie enzymu PETazy zwiastowało nadzieję, że rozwiązanie globalnego problemu zanieczyszczenia plastikiem może być w zasięgu ręki. Jednak sama PETaza nie jest jeszcze wystarczająco szybka, aby mogła poradzić sobie z tonami wyrzuconych butelek PET zaśmiecających planetę i uczynić proces opłacalnym komercyjnie. Połączenie PETazy z MHETazą i odkrycie, że razem działają jeszcze szybciej, oznacza kolejny krok naprzód w kierunku znalezienia rozwiązania dla plastikowych odpadów.
Z połączenia obu enzymów badacze otrzymali koktajl, który rozkłada plastik na elementy budulcowe. Teoretycznie pozwala to na nieograniczony recykling poli(tereftalanu etylenu), zmniejszając naszą zależność od zasobów kopalnych, takich jak ropa i gaz.
Źródło: University of Portsmouth
