Οι ερευνητές εντόπισαν και κατασκεύασαν ένα ένζυμο που μπορεί να αφομοιώσει και να καταναλώσει μερικά από τα πιο συχνά ρυπογόνα πλαστικά μας παρέχοντας μια ελπίδα για ανακύκλωση και καταπολέμηση της ρύπανσης
Ρύπανση πλαστικά είναι η μεγαλύτερη περιβαλλοντική πρόκληση παγκοσμίως με τη μορφή πλαστικού Ρύπανση και η βέλτιστη λύση σε αυτό το πρόβλημα παραμένει ακόμα άπιαστη. Τα περισσότερα πλαστικά κατασκευάζονται από πετρέλαιο ή φυσικό αέριο που είναι μη ανανεώσιμοι πόροι που εξορύσσονται και επεξεργάζονται χρησιμοποιώντας τεχνικές έντασης ενέργειας. Έτσι, η ίδια η κατασκευή και παραγωγή τους είναι πολύ καταστροφική για τα εύθραυστα οικοσυστήματα. Η καταστροφή του πλαστικού (κυρίως με αποτέφρωση) προκαλεί ρύπανση του αέρα, του νερού και της γης. Περίπου το 79 τοις εκατό του πλαστικού που παράγεται τα τελευταία 70 χρόνια έχει απορριφθεί, είτε σε χώρους υγειονομικής ταφής είτε στο γενικό περιβάλλον, ενώ μόνο περίπου το εννέα τοις εκατό ανακυκλώνεται και το υπόλοιπο αποτεφρώνεται. Αυτή η διαδικασία αποτέφρωσης εκθέτει τους ευάλωτους εργαζόμενους σε τοξικές χημικές ουσίες που περιλαμβάνουν ουσίες που προκαλούν καρκίνο. Οι ωκεανοί λέγεται ότι περιέχουν περίπου 51 τρισεκατομμύρια μικροπλαστικά σωματίδια και σιγά σιγά εξαντλούν τη θαλάσσια ζωή. Μερικά από τα πλαστικά μικροσωματίδια εκτοξεύονται στον αέρα οδηγώντας σε ρύπανση και είναι μια πραγματική πιθανότητα να τα εισπνέουμε. Κανείς δεν μπορούσε να προβλέψει τη δεκαετία του 1960 ότι η έλευση και η δημοτικότητα των πλαστικών θα γινόταν μια μέρα βάρος με τεράστια πλαστικά απόβλητα που θα επιπλέουν στους όμορφους ωκεανούς μας, στον αέρα και θα πεταχτούν στα πολύτιμα εδάφη μας.
Οι πλαστικές συσκευασίες είναι η μεγαλύτερη απειλή και η πιο διεφθαρμένη χρήση πλαστικών. Αλλά το πρόβλημα είναι ότι η πλαστική σακούλα είναι παντού, χρησιμοποιείται για κάθε μικρό σκοπό και δεν υπάρχει έλεγχος στη χρήση της. Αυτό το είδος συνθετικού πλαστικού δεν βιοδιασπάται, αντίθετα απλώς κάθεται και συσσωρεύεται σε χωματερές και συμβάλλει στη ρύπανση του περιβάλλοντος. Υπήρξαν πρωτοβουλίες για την «πλήρη απαγόρευση των πλαστικών», ιδιαίτερα το πολυστυρένιο που χρησιμοποιείται στις συσκευασίες. Ωστόσο, αυτό δεν οδηγεί σε επιθυμητά αποτελέσματα, καθώς το πλαστικό εξακολουθεί να είναι πανταχού παρόν στη γη, τον αέρα και το νερό και αυξάνεται συνεχώς. Είναι ασφαλές να πούμε ότι το πλαστικό μπορεί να μην είναι καν ορατό με γυμνό μάτι όλη την ώρα, αλλά είναι παντού! Είναι λυπηρό το γεγονός ότι δεν είμαστε σε θέση να αντιμετωπίσουμε το πρόβλημα ανακύκλωσης και απόρριψης του πλαστικού υλικού.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στην Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών ΗΠΑ, οι ερευνητές ανακάλυψαν ένα γνωστό φυσικό ένζυμο που τρέφεται με πλαστικό. Αυτή ήταν μια τυχαία ανακάλυψη ενώ εξέταζαν τη δομή ενός ενζύμου που βρέθηκε σε απόβλητα έτοιμα για ανακύκλωση σε ένα κέντρο στην Ιαπωνία. Αυτό το ένζυμο που ονομάζεται Ideonella sakaiensis 201-F6, μπορεί να «τρώει» ή να «τρέφει» πατενταρισμένο πλαστικό PET ή τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο που χρησιμοποιείται πιο συχνά σε εκατομμύρια τόνους πλαστικών μπουκαλιών. Το ένζυμο βασικά επέτρεψε στο βακτήριο να υποβαθμίσει το πλαστικό ως πηγή τροφής. Δεν υπάρχουν επί του παρόντος λύσεις ανακύκλωσης για το PET και τα πλαστικά μπουκάλια από PET παραμένουν για περισσότερα από εκατοντάδες χρόνια στο περιβάλλον. Αυτή η μελέτη με επικεφαλής ομάδες του Πανεπιστημίου του Πόρτσμουθ και του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL) του Υπουργείου Ενέργειας των Ηνωμένων Πολιτειών έχει δημιουργήσει τεράστια ελπίδα.
Ο αρχικός στόχος ήταν να προσδιοριστεί η τρισδιάστατη κρυσταλλική δομή αυτού του φυσικού ενζύμου (που ονομάζεται PETase) και να χρησιμοποιηθούν αυτές οι πληροφορίες για να κατανοήσουμε πώς ακριβώς λειτουργεί αυτό το ένζυμο. Χρησιμοποίησαν μια έντονη δέσμη ακτίνων Χ – οι οποίες είναι 10 δισεκατομμύρια φορές πιο φωτεινές από τον ήλιο – για να διαλευκάνουν τη δομή και να δουν μεμονωμένα άτομα. Τέτοιες ισχυρές δέσμες επέτρεψαν την κατανόηση της εσωτερικής λειτουργίας του ενζύμου και παρείχαν σωστά σχεδιαγράμματα για να μπορέσουν να δημιουργήσουν ταχύτερα και πιο αποτελεσματικά ένζυμα. Αποκαλύφθηκε ότι η PETase μοιάζει πολύ με ένα άλλο ένζυμο που ονομάζεται κουτινάση εκτός από το ότι η PETase έχει ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό και μια πιο «ανοιχτή» ενεργή θέση, η οποία πιστεύεται ότι φιλοξενεί ανθρωπογενή πολυμερή (αντί για τα φυσικά). Αυτές οι διαφορές έδειξαν αμέσως ότι η PETase μπορεί να εξελίσσεται περισσότερο ειδικά σε περιβάλλον που περιέχει PET και επομένως θα μπορούσε να υποβαθμίσει το PET. Μετάλλαξαν την ενεργή θέση PETase για να την κάνουν να μοιάζει περισσότερο με την κουτινάση. Αυτό που ακολούθησε ήταν ένα εντελώς απροσδόκητο αποτέλεσμα, η μετάλλαξη PETase ήταν σε θέση να υποβαθμίσει το PET ακόμη καλύτερα από τη φυσική PETase. Έτσι, στη διαδικασία κατανόησης και προσπάθειας βελτίωσης της ικανότητας του φυσικού ενζύμου, οι ερευνητές κατέληξαν να κατασκευάσουν κατά λάθος ένα νέο ένζυμο που ήταν ακόμη καλύτερο από το φυσικό ένζυμο στη διάσπαση του PET πλαστικά. Αυτό το ένζυμο θα μπορούσε επίσης να αποικοδομήσει το φουρανδικαρβοξυλικό πολυαιθυλένιο ή το PEF, ένα υποκατάστατο βιολογικής βάσης για πλαστικά PET. Αυτό δημιούργησε ελπίδα για την αντιμετώπιση άλλων υποστρωμάτων όπως το PEF (φουρανοϊκό πολυαιθυλένιο) ή ακόμα και το PBS (ηλεκτρικό πολυβουτυλένιο). Τα εργαλεία για τη μηχανική και την εξέλιξη των ενζύμων μπορούν να εφαρμόζονται συνεχώς για περαιτέρω βελτίωση. Οι ερευνητές αναζητούν έναν τρόπο για τη βελτίωση του ενζύμου, ώστε η λειτουργία του να μπορεί να ενσωματωθεί σε μια ισχυρή μεγάλης κλίμακας βιομηχανική εγκατάσταση. Η διαδικασία μηχανικής είναι πολύ παρόμοια με τα ένζυμα που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος σε απορρυπαντικά βιολογικής πλύσης ή στην κατασκευή βιοκαυσίμων. Η τεχνολογία υπάρχει και επομένως η βιομηχανική βιωσιμότητα θα πρέπει να είναι εφικτή τα επόμενα χρόνια.
Απαιτείται περαιτέρω έρευνα για την κατανόηση ορισμένων πτυχών αυτής της μελέτης. Πρώτον, το ένζυμο διασπά μεγαλύτερα κομμάτια πλαστικών σε μικρότερα κομμάτια, επομένως υποστηρίζει την ανακύκλωση πλαστικών φιαλών, αλλά όλο αυτό το πλαστικό πρέπει πρώτα να ανακτηθεί. Αυτό το «μικρότερο» πλαστικό όταν ανακτηθεί θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να τα μετατρέψει σε πλαστικά μπουκάλια. Το ένζυμο δεν μπορεί πραγματικά «να πάει και να βρει πλαστικό μόνο του» στο περιβάλλον. Μια προτεινόμενη επιλογή θα μπορούσε να είναι να φυτευτεί αυτό το ένζυμο σε μερικά βακτήρια που μπορούν να αρχίσουν να διασπούν το πλαστικό με υψηλότερο ρυθμό, ενώ αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες. Επίσης, η μακροπρόθεσμη επίδραση αυτού του ενζύμου πρέπει ακόμη να κατανοηθεί.
The impact of such an innovative solution to tackle plastic waste would be very high on a global scale. We have been trying to tackle the plastic problem ever since the advent of plastic itself. There have been laws banning single-plastic use and also recycled plastic is now favoured everywhere. Even small steps like banning plastic carry bags in supermarkets has been all the over the media. The point is, we need to act fast if we would like to preserve our πλανήτης from plastic pollution. Though we must carry on adopting recycling in our everyday life while encouraging our children to do so as well. We still need a good long-term solution which can go hand in hand with our own individual efforts. This research marks a beginning for tackling one of the biggest problems which our πλανήτης αντιμετωπίζει.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Οι Harry P et al. 2018. Χαρακτηρισμός και μηχανική μιας αρωματικής πολυεστεράσης που αποικοδομεί το πλαστικό. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
