آنزیمی که پلاستیک را می خورد

 

سولماز ناصری ، نوعی از آنزیم پلاستیک‌خور که به‌وسیله مهندسان و دانشمندان دانشگاه تگزاس، آستین ساخته شده،می‌تواند میلیاردها تن زباله را از محل‌های دفن زباله در زمان کوتاهی پاکسازی کند.

نوعی از آنزیم پلاستیک‌خور به‌وسیله مهندسان و دانشمندان دانشگاه تگزاس، آستین ساخته شده است که می‌تواند پلاستیک را که محیط‌زیست را خفه کرده و معمولاً چند صد سال طول می‌کشد تا تجزیه شود، در عرض فقط چند ساعت تا چند روز بشکند و تجزیه کند.این کشف که در ژورنال نیچر چاپ شده است (https://www.nature.com/articles/s41586-022-04599-z)، می‌تواند به حل یکی از بحرانی‌ترین مشکل محیط زیست در دنیا کمک کند.

 

یک فرایند بازیافت بسیار پیشرفته

با میلیاردها تن زباله پلاستیکی که دفن و هر روز بیش‌تر انباشت می‌شود و خاک و آب ما را در طبیعت آلوده می‌کند چه باید کرد؟ آنزیم این پتانسیل را دارد که چرخه بازیافت را در یک مقیاس بزرگ سوپرشارژ کند و به صنایع بزرگ این امکان را می‌دهد که ردپای خود را در محیط زیست با بازیابی و استفاده دوباره از پلاستیک در مقیاس مولکولی، کاهش دهند.

پروفسور هال آلپر، استاد دپارتمان مهندسی شیمی دانشگاه تگزاس آستین می‌گوید:” تمام صنایع می‌توانند به‌صورت نامحدود از این فرایند بازیافت بسیار پیشرفته بهره ببرند. فراتر از صنعت مدیریت پسماند، این کشف به شرکت‌ها از هر بخشی این فرصت را می‌دهد که در بازیافت تولیدات خود پیشرو باشند. از طریق روش‌های آنزیمی پایدار، می‌توانیم یک اقتصاد چرخشی واقعی برای پلاستیک را تجسم کنیم.”

 

تجزیه پت، 12% پلاستیک دنیا

این پروژه روی پلاستیک پت (Polyethylene Terephthalate, PET) تمرکز کرده است؛ پلیمر مهمی که در بیش‌تر بسته‌بندی محصولات مصرف‌کننده دیده می‌شود؛ مانند بسته‌بندی کیک و کلوچه، بطری‌های نوشیدنی، بسته‌بندی‌های میوه و سالاد، و برخی پارچه‌ها و الیاف. پت 12% از کل زباله را در دنیا تشکیل می‌دهد.

آین آنزیم قادر است یک فرایند چرخشی یعنی شکستن پلاستیک به اجزای کوچک‌تر (دپلیمریزاسیون) و کنار هم قراردادن و چسباندن دوباره آنها به هم با پیوند شیمیایی (پلیمریزاسیون دوباره) را به‌طور کامل انجام دهد. در برخی موارد پلاستیک‌ها می‌توانند به‌طور کامل به کوچک‌ترین اجزای سازنده یعنی مونومرها در زمانی به کوتاهی 24 ساعت تجزیه شوند.

محققان در دانشکده مهندسی و کالج علوم طبیعی کُکرِل یک مدل یادگیری ماشینی برای ایجاد جهش‌های جدید در یک آنزیم طبیعی که پِتِیز(PETase) نامیده می‌شود به‌کار بردند. این آنزیم اجازه می‌دهد باکتری‌ها پلاستیک پت را تجزیه کنند. این مدل پیش‌بینی می‌کند که کدام جهش‌ها در این آنزیم‌ها به هدف دپلیمریزاسیون سریع پلاستیک پسماند در دماهای پایین نایل می‌شوند.

از طریق این پروسه که مطالعه روی 51 ظرف پلاستیکی پسماند، 5 نوع الیاف و پارچه پلی‌استر، و بطری‌های آب را که همگی از پت ساخته شده بودند، در بر می‌گرفت، محققان موثر بودن آنزیم را ثابت کردند. آنها این آنزیم را

فست-پتیز(FAST-PETase (Functional, Active, Stable and Tolerant PETase نامیده‌اند. کلمه FAST برگرفته از حرف اول کلمات انگلیسی توصیف کننده ویژگی‌های این آنزیم است که به ترتیب عبارتند از عملکردی، فعال، پایدار و مقاوم.

“این پروژه به‌راستی قدرت هم‌افزایی علوم مختلف را نشان داد؛ از زیست‌‌شناسی سنتزی تا مهندسی شیمی و هوش مصنوعی.”این گفته پرفسور اندرو الینگتون استاد مرکزسیستم‌ها و زیست ‌شناسی سنتزی است که تیمش رهبری توسعه مدل یادگیری ماشینی را به عهده داشت.

 

بازیافت تنها 10% از کل پلاستیک دنیا

بازیافت بدیهی‌ترین روش کاهش پسماند پلاستیکی است. اما در دنیا تنها 10% از کل زباله پلاستیکی بازیافت شده است. متداول‌ترین روش دفع زباله پلاستیکی علاوه بر دفن، سوزاندن آن است که روشی پرهزینه و انرژی‌بر است و گازهای سمی وارد هوا می‌کند. در روش‌های دیگر شامل فرایندهای صنعتی شامل گلیکولیزیز، پیرولیزیز و یا متانولیزیز، مصرف انرژی بسیار بالا است.

راهکارهای بیولوژیکی انرژی بسیار کم‌تری مصرف می‌کنند. تحقیقات روی آنزیم برای بازیافت پلاستیک در 15 سال گذشته بسیار پیشرفت کرده است. اگرچه تا این زمان هیچ‌کس نتوانسته بود دریابد که چگونه آنزیم‌هایی بسازد که در دمای پایین به‌صورت موثری عمل کنند تا آن‌ها را به موادی قابل حمل‌و‌نقل و مقرون به‌صرفه برای مقیاس‌های بزرگ صنعتی تبدیل کند. FAST-PETase می‌تواند فرایند را در دمای پایین‌تر از °C 50 انجام دهد.

شما میتوانید مطلب مرتبط با موضوع پسماند را اینجا بخوانید .

آنزیم محل‌های آلوده را پاک‌سازی می‌کند

در مرحله بعدی، این تیم برنامه افزایش مقیاس تولید آنزیم را دارد تا برای کاربرد صنعتی و محیط‌زیستی آماده گردد. این محققان برای ثبت اختراع این تکنولوژی اقدام کرده‌اند وسایر کاربردهای متفاوت این آنزیم را بررسی می‌کنند؛ پاک‌سازی محل‌های دفن و سبز کردن صنابع بسیار زباله‌ساز از بدیهی‌ترین‌ها هستند. مهم‌ترین پتانسیل این آنزیم بهبود محیط‌زیست است. این تیم روش‌هایی را بررسی می‌کند تا آنزیم را به داخل محل‌های آلوده ببرد و آن مکان‌ها را پاک‌سازی نماید.

به گفته آلپر:”وقتی شما کاربردهای پاک‌سازی محیط ‌زیست را در نظر دارید، به آنزیمی نیاز دارید که در دمای محیط کار کند. این پیش‌نیاز مزیت عظیمی است که تکنولوژی ما در آینده از آن برخوردار است.”

 

https://www.fruit-processing.com/2022/05/plastic-eating-enzyme-could-eliminate-billions-of-tons-of-landfill-waste/