นักวิจัยได้ระบุและออกแบบเอนไซม์ที่สามารถย่อยและบริโภคสิ่งที่ก่อให้เกิดมลพิษส่วนใหญ่ของเราได้ พลาสติก ให้ความหวังในการรีไซเคิลและการต่อสู้ มลพิษ
มลพิษ พลาสติก เป็นความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมที่ใหญ่ที่สุดในโลก ในรูปแบบของพลาสติก มลพิษ และวิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุดสำหรับปัญหานี้ยังคงเป็นเรื่องที่เข้าใจยาก ที่สุด พลาสติก ทำจากปิโตรเลียมหรือก๊าซธรรมชาติซึ่งเป็นทรัพยากรที่ไม่หมุนเวียนและถูกสกัดและแปรรูปโดยใช้เทคนิคที่ใช้พลังงานสูง ดังนั้นการผลิตและการผลิตของพวกเขาเองจึงทำลายระบบนิเวศที่เปราะบางอย่างมาก การทำลายพลาสติก (ส่วนใหญ่โดยการเผา) ทำให้เกิดอากาศ น้ำ และที่ดิน มลพิษ- พลาสติกประมาณร้อยละ 79 ที่ผลิตในช่วง 70 ปีที่ผ่านมาถูกทิ้ง ไม่ว่าจะเป็นสถานที่ฝังกลบหรือทิ้งในสภาพแวดล้อมทั่วไป ในขณะที่มีเพียงประมาณร้อยละ 51 เท่านั้นที่ถูกนำกลับมารีไซเคิลและส่วนที่เหลือถูกเผาทำลาย กระบวนการเผาทำลายทำให้คนงานมีความเสี่ยงต่อสารเคมีที่เป็นพิษ ซึ่งรวมถึงสารที่ก่อให้เกิดมะเร็ง กล่าวกันว่ามหาสมุทรมีอนุภาคไมโครพลาสติกประมาณ XNUMX ล้านล้านอนุภาค และกำลังทำลายสิ่งมีชีวิตในทะเลอย่างช้าๆ อนุภาคขนาดเล็กของพลาสติกบางส่วนถูกปลิวไปในอากาศ มลพิษ และมีความเป็นไปได้จริงๆ ที่เราอาจสูดดมพวกมันเข้าไป ไม่มีใครคาดเดาได้ในทศวรรษ 1960 ว่าวันหนึ่งการมาถึงและความนิยมของพลาสติกจะกลายเป็นภาระกับขยะพลาสติกขนาดใหญ่ที่พบในมหาสมุทรที่สวยงามของเรา อากาศ และถูกทิ้งลงบนดินแดนอันมีค่าของเรา
พลาสติก บรรจุภัณฑ์ถือเป็นภัยคุกคามที่ใหญ่ที่สุดและเป็นการใช้พลาสติกที่เสียหายมากที่สุด แต่ปัญหาคือถุงพลาสติกมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง ถูกใช้เพื่อจุดประสงค์เล็กๆ น้อยๆ ทุกประเภท และไม่มีการควบคุมการใช้งาน พลาสติกสังเคราะห์ประเภทนี้ไม่ย่อยสลายทางชีวภาพ แต่เพียงนั่งและสะสมในหลุมฝังกลบและก่อให้เกิดสิ่งแวดล้อม มลพิษ- มีความคิดริเริ่มสำหรับ "การห้ามใช้พลาสติกโดยสมบูรณ์" โดยเฉพาะโพลีสไตรีนที่ใช้ในบรรจุภัณฑ์ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้นำไปสู่ผลลัพธ์ที่ต้องการ เนื่องจากพลาสติกยังคงแพร่หลายทั้งทางบก อากาศ และในน้ำ และกำลังเติบโตอย่างต่อเนื่อง พูดได้เลยว่าพลาสติกอาจไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าตลอดเวลาแต่มีอยู่ทุกที่! เป็นเรื่องน่าเสียดายที่เราไม่สามารถแก้ไขปัญหาการรีไซเคิลและทิ้งวัสดุพลาสติกได้
ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ใน การดำเนินการของ National Academy of Sciences USA, นักวิจัยได้ค้นพบธรรมชาติที่รู้จัก เอนไซม์ ซึ่งกินพลาสติก นี่เป็นการค้นพบโดยบังเอิญในขณะที่พวกเขากำลังตรวจสอบโครงสร้างของเอ็นไซม์ที่พบในขยะพร้อมที่จะนำไปรีไซเคิลที่ศูนย์ในญี่ปุ่น เอนไซม์นี้เรียกว่า Ideonella sakaiensis 201-F6 สามารถ "กิน" หรือ "ดึงออก" พลาสติก PET หรือโพลิเอทิลีนเทเรพทาเลตที่จดสิทธิบัตรแล้ว ซึ่งมักใช้ในขวดพลาสติกหลายล้านตัน โดยพื้นฐานแล้ว เอ็นไซม์ยอมให้แบคทีเรียย่อยสลายพลาสติกเป็นแหล่งอาหารของพวกมัน ปัจจุบันยังไม่มีวิธีการรีไซเคิลสำหรับขวด PET และขวดพลาสติกที่ทำจาก PET ที่คงอยู่ในสิ่งแวดล้อมได้นานกว่าหลายร้อยปี การศึกษานี้นำโดยทีมงานจากมหาวิทยาลัยพอร์ตสมัธและห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติของกระทรวงพลังงานสหรัฐ (NREL) ได้สร้างความหวังอันยิ่งใหญ่
เป้าหมายเดิมคือการกำหนดโครงสร้างผลึกสามมิติของเอนไซม์ธรรมชาตินี้ (เรียกว่าเพเทส) และใช้ข้อมูลนี้เพื่อทำความเข้าใจว่าเอนไซม์นี้ทำงานอย่างไร พวกเขาใช้รังสีเอกซ์ที่รุนแรง ซึ่งสว่างกว่าดวงอาทิตย์ถึง 10 พันล้านเท่า เพื่ออธิบายโครงสร้างและมองเห็นอะตอมแต่ละอะตอม ลำแสงอันทรงพลังดังกล่าวช่วยให้เข้าใจการทำงานภายในของเอนไซม์และให้พิมพ์เขียวที่ถูกต้องเพื่อให้สามารถออกแบบเอนไซม์ได้เร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น เปิดเผยว่า PETase มีลักษณะคล้ายกับเอนไซม์อื่นที่เรียกว่า cutinase มาก ยกเว้นว่า PETase มีคุณสมบัติพิเศษและแอคทีฟไซต์ที่ "เปิดกว้าง" มากกว่า ซึ่งคิดว่าจะรองรับพอลิเมอร์ที่มนุษย์สร้างขึ้น (แทนที่จะเป็นของธรรมชาติ) ความแตกต่างเหล่านี้บ่งชี้ในทันทีว่า PETase อาจมีวิวัฒนาการมากขึ้นโดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่ประกอบด้วย PET และด้วยเหตุนี้จึงสามารถย่อยสลาย PET ได้ พวกเขากลายพันธุ์ไซต์แอคทีฟของ PETase เพื่อให้ดูเหมือน cutinase มากขึ้น สิ่งที่ตามมาคือผลลัพธ์ที่คาดไม่ถึงโดยสิ้นเชิง การกลายพันธุ์ของ PETase สามารถย่อยสลาย PET ได้ดีกว่า PETase ตามธรรมชาติ ดังนั้น ในกระบวนการทำความเข้าใจและพยายามปรับปรุงความสามารถของเอ็นไซม์ธรรมชาติ นักวิจัยจึงลงเอยด้วยการประดิษฐ์เอ็นไซม์ใหม่โดยบังเอิญซึ่งดียิ่งกว่าเอ็นไซม์ธรรมชาติในการย่อยสลาย PET พลาสติก. เอนไซม์นี้ยังสามารถย่อยสลายโพลิเอทิลีนฟูรานดิคาร์บอกซิเลตหรือ PEF ซึ่งเป็นสารทดแทนทางชีวภาพสำหรับพลาสติก PET ได้ ซึ่งทำให้เกิดความหวังที่จะจัดการกับสารตั้งต้นอื่นๆ เช่น PEF (Polyethylene Furanoate) หรือแม้แต่ PBS (Polybutylene succinate) เครื่องมือสำหรับวิศวกรรมเอ็นไซม์และวิวัฒนาการสามารถนำไปใช้เพื่อปรับปรุงต่อไปได้อย่างต่อเนื่อง นักวิจัยกำลังมองหาวิธีในการปรับปรุงเอ็นไซม์เพื่อให้สามารถรวมหน้าที่ของเอ็นไซม์เข้ากับการตั้งค่าทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่มีประสิทธิภาพ กระบวนการทางวิศวกรรมมีความคล้ายคลึงกับเอนไซม์ที่ใช้อยู่ในสารซักฟอกชีวภาพหรือในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ เทคโนโลยีมีอยู่จริงและน่าจะเป็นไปได้ในอุตสาหกรรมในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อทำความเข้าใจบางแง่มุมของการศึกษานี้ ประการแรก เอ็นไซม์จะแบ่งพลาสติกชิ้นใหญ่ออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ ดังนั้นจึงสนับสนุนการรีไซเคิลขวดพลาสติก แต่พลาสติกทั้งหมดนี้จำเป็นต้องได้รับการกู้คืนก่อน พลาสติกที่ "เล็กกว่า" นี้เมื่อนำกลับคืนมาสามารถนำกลับมาใช้ขวดพลาสติกได้ เอ็นไซม์ไม่สามารถ “ไปหาพลาสติกด้วยตัวเอง” ในสิ่งแวดล้อมได้ ทางเลือกหนึ่งที่เสนอคือการปลูกเอ็นไซม์นี้ในแบคทีเรียบางชนิด ซึ่งสามารถเริ่มสลายพลาสติกในอัตราที่สูงขึ้นในขณะที่ทนต่ออุณหภูมิสูงได้ นอกจากนี้ ยังต้องทำความเข้าใจผลกระทบระยะยาวของเอนไซม์นี้อีกด้วย
ผลกระทบของโซลูชั่นที่เป็นนวัตกรรมดังกล่าวเพื่อจัดการกับขยะพลาสติกจะมีผลกระทบสูงมากในระดับโลก เราพยายามแก้ไขปัญหาพลาสติกมานับตั้งแต่มีพลาสติกเข้ามา มีกฎหมายห้ามการใช้พลาสติกชนิดเดียว และในปัจจุบันพลาสติกรีไซเคิลก็ได้รับความนิยมในทุกที่ แม้แต่ขั้นตอนเล็กๆ น้อยๆ เช่น การห้ามใช้ถุงพลาสติกในซูเปอร์มาร์เก็ต ก็ยังแพร่หลายไปทั่วทั้งสื่อ ประเด็นก็คือ เราต้องดำเนินการอย่างรวดเร็วหากต้องการอนุรักษ์ของเรา ดาวเคราะห์ จากพลาสติก มลพิษ- แม้ว่าเราจะต้องนำการรีไซเคิลมาใช้ในชีวิตประจำวันของเราต่อไป ในขณะเดียวกันก็สนับสนุนให้ลูกหลานของเราทำเช่นนั้นเช่นกัน เรายังต้องการวิธีแก้ปัญหาระยะยาวที่ดีซึ่งสามารถควบคู่ไปกับความพยายามของแต่ละคนได้ การวิจัยครั้งนี้ถือเป็นจุดเริ่มต้นในการแก้ไขปัญหาที่ใหญ่ที่สุดประการหนึ่งของเรา ดาวเคราะห์ กำลังเผชิญ
***
{คุณสามารถอ่านรายงานการวิจัยต้นฉบับได้โดยคลิกลิงก์ DOI ที่ระบุด้านล่างในรายการแหล่งที่มาที่อ้างอิง}
แหล่งที่มา (s)
แฮร์รี่ พี และคณะ 2018. ลักษณะเฉพาะและวิศวกรรมของอะโรมาติกโพลิเอสเทอเรสที่ย่อยสลายด้วยพลาสติก การดำเนินการของ National Academy of Sciences. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
