قد يكون لدينا سلاح جديد في معركتنا ضد المد المتصاعد للتلوث البلاستيكي - وقد تم اكتشافه بالصدفة.
من خلال دراسة بنية إنزيم موجود سابقًا وجد أنه مفيد في هضم البلاستيك ، ابتكر باحثون في جامعة بورتسموث والمختبر الوطني للطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (NREL) نسخة متحولة تعمل بشكل أكثر فاعلية.
تعمل النسخة المعدلة على هضم بعض المواد البلاستيكية الأكثر تلويثًا ، بما في ذلك تلك المصنوعة من البولي إيثيلين تيريفثاليت ، أو PET ، أسرع من الإنزيم الأصلي. ولكن الأهم من ذلك ، أنه يمكن أيضًا أن يتحلل من البولي إيثيلين فورانديكربوكسيلات (PEF) - وهو بديل حيوي للبلاستيك PET يتم الترحيب به كبديل للزجاجات.
تدوم مادة PET حاليًا لمئات السنين في البيئة ويمكن أن يوفر هذا الاكتشاف العرضي حلاً قابلاً لإعادة التدوير لملايين الأطنان من الزجاجات والتغليف. يعمل الباحثون الآن على تحسين الإنزيم بحيث يمكن استخدامه لتفكيك البلاستيك في بيئة صناعية.
قال البروفيسور جون ماكجيهان من جامعة بورتسموث:"قلة هم الذين توقعوا أنه منذ أن أصبحت المواد البلاستيكية شائعة في الستينيات من القرن الماضي ، سيتم العثور على بقع ضخمة من النفايات البلاستيكية عائمة في المحيطات ، أو تم غسلها على الشواطئ البكر في جميع أنحاء العالم". "يمكننا جميعًا أن نلعب دورًا مهمًا في التعامل مع مشكلة البلاستيك ، ولكن يجب على المجتمع العلمي الذي أنشأ هذه" المواد العجيبة "في النهاية ، استخدام كل التقنيات المتاحة لهم لتطوير حلول حقيقية."
لم يكن PET ، الحاصل على براءة اختراع كبلاستيك في الأربعينيات ، موجودًا في الطبيعة لفترة طويلة ، لذلك شرع الفريق في تحديد كيفية تطور إنزيم يسمى PETase وما إذا كان من الممكن تحسينه من خلال تحديد هيكله. يُعتقد أن هذا الإنزيم الطبيعي قد تطور في مركز إعادة تدوير النفايات في اليابان للسماح للبكتيريا بتحليل البلاستيك كمصدر للغذاء.
بالتعاون مع العلماء في Diamond Light Source في المملكة المتحدة ، استخدم البروفيسور ماكجيهان والدكتور جريج بيكهام في NREL السنكروترون الذي يستخدم حزمًا مكثفة من الأشعة السينية ، أكثر سطوعًا من الشمس بعشرة مليارات مرة ، كمجهر قوي بما يكفي لرؤية الذرات الفردية . باستخدام هذه التقنية ، أنشأ الفريق نموذجًا ثلاثي الأبعاد فائق الدقة من إنزيم PETase "بتفاصيل رائعة".
تُظهر هذه الصورة صورة بالمجهر الإلكتروني للإنزيم المتفاعل مع البلاستيك
بعد ذلك ، بمساعدة النمذجة الحاسوبية والعلماء في جامعة جنوب فلوريدا وجامعة كامبيناس في البرازيل ، اكتشف الفريق أن PETase ربما تطور في بيئة ثقيلة PET لتمكين الإنزيم من تحلل PET. لاختبار هذه النظرية ، قام الباحثون بتحور PETase وكان ذلك عندما حدث ما هو غير متوقع.
بينما كان الباحثون يستخدمون المعلومات ثلاثية الأبعاد لهذا الهيكل لفهم كيفية عمله ، فقد صمموا عن غير قصد إنزيمًا أفضل في تحطيم البلاستيك أكثر من ذلك الذي نشأ في الطبيعة.
قال البروفيسور ماكجيهان:"غالبًا ما تلعب الصدفة دورًا مهمًا في البحث العلمي الأساسي واكتشافنا هنا ليس استثناءً". "على الرغم من أن التحسن متواضع ، فإن هذا الاكتشاف غير المتوقع يشير إلى أن هناك مجالًا لمزيد من تحسين هذه الإنزيمات ، مما يجعلنا أقرب إلى حل إعادة التدوير للجبل المتنامي من البلاستيك المهمل".
يمكن لفريق البحث الآن تطبيق أدوات هندسة البروتين وتطوره لمواصلة تحسينه.
وأضاف البروفيسور ماكجيهان:"إن العملية الهندسية هي نفسها بالنسبة للإنزيمات المستخدمة حاليًا في منظفات الغسيل الحيوي وفي تصنيع الوقود الحيوي - التكنولوجيا موجودة وهي ضمن إمكانية أن نرى في السنوات القادمة مجالًا قابلاً للتطبيق الصناعي عملية لتحويل PET وركائز أخرى محتملة مثل PEF و PLA و PBS إلى وحدات البناء الأصلية بحيث يمكن إعادة تدويرها على نحو مستدام. "
تم نشر البحث في Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
الصور:Shutterstock / NREL
