Учените са създали ензим мутант, който разгражда пластмасовите бутилки… случайно, разказва Деймиън Карингтън, редакторът на отдел „Околна среда“ за британския „Гардиън“. Откритието би могло да помогне с разрешаването на световната криза със замърсяването с пластмаса, позволявайки за пръв път цялостното рециклиране на пластмасовите бутилки.
Новото проучване е стимулирано от откритие през 2016-а, когато се появява първата бактерия, която по естествен път еволюира така, че да консумира пластмаса. Тя е открита на сметище в Япония. Днес учените са разкрили детайлната структура на ключов ензим, произвеждан от бактерията.
След това международният екип стимулира същия ензим, за да види как точно е еволюирал, но тестовете показват, че те по невнимание са направили молекулата още по-добра в разбиването на полиетилен терефталат (PET), или пластмасата, използвана за направата на пластмасовите бутилки. „Всъщност резултатът беше, че подобрихме ензима, което бе един вид шокиращо“, казва професор Джон Магиън от университета в Портсмут, Великобритания, който води проучването. „Това е голямо и истинско откритие.“
Ензимът мутант се нуждае от няколко дни, за да започне да разгражда пластмасата. Но дори това е много по-бързо, отколкото няколкото столетия, които би отнело в океаните. Но учените са оптимисти, че процесът може да бъде ускорен още повече и да се превърне в ценен процес с голям мащаб.
„Това, което се надяваме да направим, е да използваме този ензим, за да разбием пластмасата обратно на съставните ѝ части, за да можем буквално да я рециклираме обратно в пластмаса“, казва Магиън. „Това означава, че няма да има нужда да копаем повече нефт и най-вече би трябвало да намалим количеството пластмаса в природата.“
Около един милион пластмасови бутилки се продават всяка минута по света и едва 14 % от тях биват рециклирани, което означава, че останалите могат да се озоват в океаните, където са замърсили дори най-отдалечените кътчета, оказвайки се бреме за морската флора и фауна, а вече потенциално и за хората, които ядат морски дарове. „Пластмасата е невероятно устойчива на процесите на разграждане. Някои от тези картини са ужасяващи“, казва Магиън. „Тя е един от онези материали чудо, които са направени по-добре, отколкото ни се иска.“
Снимка: Дженифър Лавърс за „Гардиън“
Дори онези бутилки, които се рециклират, могат да бъдат превърнати във фибри за дрехи или килими. Новият ензим е надежда, че има начин пластмасовите бутилки да бъдат рециклирани отново в бутилки, което би намалило нуждата за производство на нова пластмаса.
„Изправени сме срещу факта, че нефтът е евтин, така че и полиетилен терефталатът е евтин“, казва Магиън. „Изключително лесно за производителя е да залее пазара с още от същото, вместо дори да се опита да рециклира. Но вярвам, че има и социален мотив тук: общественото мнение се е променило толкова много, че компаниите започват да се замислят за това как може да бъдат рециклирани бутилките.“
Новото изследване, публикувано в списанието Proceedings на Националната академия на науките, започва с определянето на точната структура на ензима, произвеждан от японската бактерия. Екипът използва ускорителния комплекс и източник на синхротронно лъчение Diamond Light, в близост до Оксфорд, Обединеното кралство, който излъчва сноп от рентгенови лъчи, 10 милиарда пъти по-ярки от слънцето, и може да покаже единичните атоми.
Структурата на ензима е много близка до тази, еволюирала в множество бактерии за разграждането на кутина, восъчен полимер, използван като защитен слой от растенията. Но когато екипът се опитва да манипулира ензима, за да изследва в дълбочина тази връзка, те случайно подобряват способността му да се храни с полиетилен терефталат.
„Това е скромно подобрение – едва 20%, но тук не става дума за това“, казва Магиън. „То е удивително, защото ни показва, че ензимът не се е оптимизирал. Дава ни възможността да използваме цялата технология, която сме ползвали в развитието на други ензими с години, за да направим супер бърз ензим.“
Изкуствено създадените ензими намират широко приложение например в праха за пране и производството на биогориво. Те са създадени така, че да работят 1000 пъти по-бързо – и това е постигнато в рамките на няколко години. Това е същият времеви период, който Магиън предвижда за подобряване на ензима, който се храни с пластмаса. Ензимът е патентован от учените в Портсмут, както и от тези в Националната лаборатория по възобновяема енергия в Колорадо, САЩ.
Една от възможностите за подобрение, които се разглеждат, е ензимът мутант да бъде трансплантиран в „екстремофилна бактерия“, която може да оцелее в температури над 70 градуса – точка, в която полиетилен терефталатът се променя от стъклена структура към вискозна, при каквито условия е по-вероятно да се разгради от 10 до 100 пъти по-бързо.
По-ранни проучвания показват, че някои гъбички могат да разграждат този вид пластмаса, която съставлява 20% от световното производство на пластмаса. Но бактериите са много по-лесни за използване на индустриално ниво.
Някои видове пластмаса могат да бъдат разграждани от бактерии, които в момента еволюират в естествена среда, казва Магиън. „Хората усилено търсят такива в момента.“ Полиетилен терефталатът потъва в морската вода, но някои учени правят догадки, че бактериите, които ядат пластмаса, могат да бъдат разпръсквани в големите джобове с боклук в океаните, за да ги почистят.
„Смятам, че новото проучване е изключително вълнуваща работа и показва, че има голям потенциал в използването на ензимите като технология, която да помогне на обществото в нарастващия му проблем с отпадъците“, казва Оливър Джоунс, химик в RMIT университета в Мелбърн, Австралия, който не е част от екипа към проучването.
„Ензимите са нетоксични, биоразградими и могат да бъдат произвеждани в големи количества от микроорганизми“, казва той. „Имаме дълъг път, преди да бъдем способни да рециклираме огромни количества пластмаса с ензими и поради тази причина намаляването на количеството пластмаса, произвеждано на първо време е вероятно добро решение. Но това със сигурност е стъпка в правилната посока.“
Професор Адиса Азападжик от университета Манчестър във Великобритания, се съгласява, че ензимът може да бъде полезен, но добавя, че: „Един пълен жизнен цикъл ще бъде нужен, за да направим проучване и да бъдем сигурни, че технологията не разрешава един екологичен проблем – отпадъците, за сметка на друг, включително допълнително отделяне на парникови газове“.
Снимка: Фред Дюфор/Agence France-Presse — Getty Images
