Researchers have identified and engineered an enzyme which can digest and consume some of our most commonly polluting plast providing a hope for recycling and fighting föroreningar
Förorenande plast är den största miljöutmaningen världen över i form av plast föroreningar and optimal solution to this problem still remains elusive. Most plast are made from petroleum or natural gas which are non-renewable resources that are extracted and processed using energy-intensive techniques. Thus, their manufacturing and production itself is very destructive for fragile ecosystems. The destruction of plastic (mostly by incineration) causes air, vatten och land föroreningar. About 79 per cent of plastic produced over the last 70 years has been thrown away, either into landfill sites or into the general environment while only about nine per cent is recycled with the rest incinerated. This process of incineration exposes vulnerable workers to toxic chemicals which include cancer-causing substances. The oceans are said to contain some 51 trillion microplastic particles and are slowly depleting marine life. Some of the plastic microparticles get blown away in air leading to föroreningar and it’s a real possibility that we might be inhaling them. No one could have predicted in the 1960s that advent and popularity of plastics would one day become a burden with huge plastic waste found floating in our beautiful oceans, air and dumped on our precious lands.
Plast packaging is the biggest threat and most corrupt use of plastics. But the problem is that plastic bag is everywhere, used for every little purpose and there is no control over its usage. This kind of synthetic plastic does not biodegrade, instead just sits and accumulates in landfills and contributes to environmental föroreningar. There have been initiatives for “complete plastic ban”, especially polystyrene which is used in packaging. However, this is not leading to desired results as plastic is still ubiquitous in land, air and water and is ever growing. Safe to say that plastic may not even be visible to the naked eye all the time but it’s everywhere! It is unfortunate that we are unable to tackle the plastic material’s recycling and dispose problem.
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.
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 planet från plast föroreningar. 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 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
