Forskare har identifierat och konstruerat ett enzym som kan smälta och konsumera några av våra mest förorenande plast ger ett hopp om återvinning och strid föroreningar
Förorenande plast är den största miljöutmaningen världen över i form av plast föroreningar och den optimala lösningen på detta problem är fortfarande svårfångad. Mest plast tillverkas av petroleum eller naturgas som är icke-förnybara resurser som utvinns och bearbetas med energikrävande tekniker. Sålunda är deras tillverkning och produktion i sig mycket destruktiv för ömtåliga ekosystem. Förstörelsen av plast (mest genom förbränning) orsakar luft, vatten och land föroreningar. Cirka 79 procent av plasten som producerats under de senaste 70 åren har slängts, antingen på deponier eller i den allmänna miljön medan endast cirka nio procent återvinns och resten förbränns. Denna förbränningsprocess utsätter sårbara arbetare för giftiga kemikalier som inkluderar cancerframkallande ämnen. Haven sägs innehålla omkring 51 biljoner mikroplastpartiklar och håller långsamt på att utarma det marina livet. En del av plastmikropartiklarna blåser bort i luft som leder till föroreningar och det är en verklig möjlighet att vi kan andas in dem. Ingen kunde ha förutspått på 1960-talet att plastens tillkomst och popularitet en dag skulle bli en börda med enormt plastavfall som hittats flytande i våra vackra hav, luft och dumpats på våra dyrbara landområden.
Plast förpackningar är det största hotet och den mest korrupta användningen av plast. Men problemet är att plastpåsen finns överallt, används för varje litet syfte och det finns ingen kontroll över dess användning. Den här typen av syntetisk plast bryts inte ned biologiskt, utan bara sitter och samlas på soptippar och bidrar till miljön föroreningar. Det har tagits initiativ till ”fullständigt plastförbud”, särskilt polystyren som används i förpackningar. Detta leder dock inte till önskade resultat eftersom plast fortfarande finns överallt i land, luft och vatten och växer ständigt. Man kan säkert säga att plast kanske inte ens syns för blotta ögat hela tiden men det finns överallt! Det är olyckligt att vi inte kan ta itu med plastmaterialets återvinnings- och kasseringsproblem.
I en studie som publiceras i Förhandlingar vid National Academy of Sciences USA, har forskare upptäckt en känd naturlig enzym som livnär sig på plast. Detta var en slumpmässig upptäckt när de undersökte strukturen hos ett enzym som hittades i avfall redo att gå för återvinning på ett center i Japan. Detta enzym som kallas Ideonella sakaiensis 201-F6, kan "äta" eller "mata av" patenterad PET-plast eller polyetentereftalat som oftast används i miljontals ton plastflaskor. Enzymet tillät i princip bakterier att bryta ned plasten som sin matkälla. Inga återvinningslösningar finns för närvarande för PET och plastflaskor gjorda av PET finns kvar i mer än hundratals år i miljön. Denna studie ledd av team vid University of Portsmouth och United States Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL) har skapat enormt hopp.
Det ursprungliga målet var att bestämma den tredimensionella kristallstrukturen för detta naturliga enzym (kallat PETase) och använda denna information för att förstå hur exakt detta enzym fungerar. De använde en intensiv stråle av röntgenstrålar – som är 10 miljarder gånger ljusare än solen – för att belysa strukturen och se enskilda atomer. Sådana kraftfulla strålar gjorde det möjligt att förstå enzymets inre funktion och gav korrekta ritningar för att kunna konstruera snabbare och mer effektiva enzymer. Det avslöjades att PETase ser väldigt likt ut ett annat enzym som kallas cutinas förutom att PETase har en speciell egenskap och en mer "öppen" aktiv plats, som tros rymma mänskligt tillverkade polymerer (istället för de naturliga). Dessa skillnader indikerade omedelbart att PETas kan vara mer utvecklat, särskilt i en PET-innehållande miljö och därmed kunde bryta ner PET. De muterade den aktiva PETase-platsen för att få den att se mer ut som cutinas. Det som följde var ett helt oväntat resultat, PETas-mutanten kunde bryta ner PET ännu bättre än det naturliga PETaset. Således, i processen att förstå och försöka förbättra det naturliga enzymets förmåga, hamnade forskare med att av misstag konstruera ett nytt enzym som var ännu bättre än det naturliga enzymet för att bryta ner PET plast. Detta enzym kan också bryta ned polyetenfurandikarboxylat, eller PEF, ett biobaserat substitut för PET-plaster. Detta skapade hopp om att ta itu med andra substrat som PEF (polyetylenfuranoat) eller till och med PBS (polybutylensuccinat). Verktygen för enzymteknik och evolution kan kontinuerligt tillämpas för ytterligare förbättringar. Forskare tittar på ett sätt att förbättra enzymet så att dess funktion kan införlivas i en kraftfull storskalig industriell uppsättning. Den tekniska processen påminner mycket om enzymer som för närvarande används i biotvättmedel eller vid tillverkning av biobränslen. Tekniken finns och därmed bör industriell lönsamhet kunna uppnås under de kommande åren.
Ytterligare forskning behövs för att förstå vissa aspekter av denna studie. För det första bryter enzymet ner större bitar av plast till mindre bitar, därför stöder det återvinning av plastflaskor men all denna plast måste först återvinnas. Denna "mindre" plast när den återvunnits kan användas för att förvandla dem till plastflaskor. Enzymet kan inte riktigt "gå och hitta plast på egen hand" i miljön. Ett föreslaget alternativ skulle kunna vara att plantera detta enzym i vissa bakterier som kan börja bryta ner plast i högre takt samtidigt som de tål höga temperaturer. Dessutom måste den långsiktiga effekten av detta enzym fortfarande förstås.
Effekten av en sådan innovativ lösning för att ta itu med plastavfall skulle vara mycket stor på en global skala. Vi har försökt ta itu med plastproblemet ända sedan plastens tillkomst. Det har funnits lagar som förbjuder användning av enstaka plaster och även återvunnen plast gynnas nu överallt. Även små steg som att förbjuda plastpåsar i stormarknader har varit över hela media. Poängen är att vi måste agera snabbt om vi vill bevara vår planet från plast föroreningar. Även om vi måste fortsätta att anamma återvinning i vårt vardagliga liv samtidigt som vi uppmuntrar våra barn att göra det också. Vi behöver fortfarande en bra långsiktig lösning som kan gå hand i hand med våra egna individuella insatser. Denna forskning markerar en början för att ta itu med ett av de största problemen som vår planet är vänd.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Harry P et al. 2018. Karakterisering och konstruktion av ett plastnedbrytande aromatiskt polyesteras. Proceedings of the National Academy of Sciences. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
