Výzkumníci identifikovali a vytvořili enzym, který dokáže trávit a konzumovat některé z našich nejběžněji znečišťujících látek plasty poskytuje naději na recyklaci a boj znečištění
Znečištění plasty je celosvětově největší ekologickou výzvou v podobě plastů znečištění a optimální řešení tohoto problému je stále v nedohlednu. Většina plasty jsou vyrobeny z ropy nebo zemního plynu, což jsou neobnovitelné zdroje, které se těží a zpracovávají pomocí energeticky náročných technik. Jejich výroba a samotná výroba je tedy pro křehké ekosystémy velmi destruktivní. Zničení plastu (většinou spalováním) způsobuje vzduch, voda a pozemků znečištění. Přibližně 79 procent plastů vyrobených za posledních 70 let bylo vyhozeno, buď na skládky nebo do životního prostředí, zatímco pouze asi devět procent je recyklováno a zbytek je spálen. Tento proces spalování vystavuje zranitelné pracovníky toxickým chemikáliím, které zahrnují látky způsobující rakovinu. Oceány údajně obsahují asi 51 bilionů mikroplastických částic a pomalu vyčerpávají mořský život. Některé plastové mikročástice jsou odfouknuty vzduchem, což vede k znečištění a je reálná možnost, že bychom je mohli vdechovat. Nikdo nemohl v 1960. letech předvídat, že příchod a popularita plastů se jednoho dne stane břemenem s obrovským plastovým odpadem, který se vznášel v našich krásných oceánech, ve vzduchu a na našich drahocenných územích.
Plastová obaly jsou největší hrozbou a nejzkorumpovanějším používáním plastů. Problém je ale v tom, že igelitový sáček je všude, používá se pro každý malý účel a jeho použití není pod kontrolou. Tento druh syntetického plastu se biologicky nerozkládá, místo toho jen leží a hromadí se na skládkách a přispívá k ochraně životního prostředí. znečištění. Objevily se iniciativy pro „úplný zákaz plastů“, zejména polystyrenu, který se používá v obalech. To však nevede k požadovaným výsledkům, protože plasty jsou stále všudypřítomné na zemi, ve vzduchu a ve vodě a neustále přibývají. Dá se s jistotou říci, že plast nemusí být po celou dobu viditelný pouhým okem, ale je všude! Je politováníhodné, že nejsme schopni vyřešit problém s recyklací a likvidací plastových materiálů.
Ve studii publikované v Proceedings of the National Academy of Sciences USA, výzkumníci objevili známý přírodní enzym která se živí plastem. Byl to náhodný objev, když zkoumali strukturu enzymu, který byl nalezen v odpadu připraveném k recyklaci v centru v Japonsku. Tento enzym s názvem Ideonella sakaiensis 201-F6 je schopen „sežrat“ nebo „vyživit“ patentovaný plastový PET nebo polyethylentereftalát, který se nejčastěji používá v milionech tun plastových lahví. Enzym v podstatě umožnil bakteriím degradovat plast jako zdroj potravy. V současnosti neexistují žádná recyklační řešení pro PET a plastové lahve vyrobené z PET přetrvávají v životním prostředí déle než stovky let. Tato studie vedená týmy z University of Portsmouth a National Renewable Energy Laboratory (NREL) Ministerstva energetiky Spojených států vyvolala obrovskou naději.
Původním cílem bylo určit trojrozměrnou krystalovou strukturu tohoto přírodního enzymu (nazývaného PETáza) a použít tyto informace k pochopení, jak přesně tento enzym funguje. Použili intenzivní paprsek rentgenových paprsků – které jsou 10 miliardkrát jasnější než slunce – k objasnění struktury a zobrazení jednotlivých atomů. Takové výkonné paprsky umožnily pochopit vnitřní fungování enzymu a poskytly správné plány, aby bylo možné vytvořit rychlejší a účinnější enzymy. Bylo odhaleno, že PETáza vypadá velmi podobně jako jiný enzym nazývaný kutináza, kromě toho, že PETáza má speciální vlastnost a „otevřenější“ aktivní místo, o kterém se předpokládá, že pojme lidsky vyrobené polymery (namísto těch přírodních). Tyto rozdíly okamžitě ukázaly, že PETáza se může více vyvíjet, zejména v prostředí obsahujícím PET, a tak by mohla degradovat PET. Zmutovali aktivní místo PETázy, aby vypadalo více jako kutináza. To, co následovalo, byl zcela neočekávaný výsledek, mutant PETase byl schopen degradovat PET ještě lépe než přirozená PETáza. V procesu pochopení a pokusu o zlepšení schopnosti přirozeného enzymu výzkumníci nakonec náhodně vytvořili nový enzym, který byl v rozkladu PET ještě lepší než přirozený enzym. plasty. Tento enzym by také mohl degradovat polyethylen furandikarboxylát nebo PEF, bio-náhražku PET plastů. To vyvolalo naději na řešení dalších substrátů, jako je PEF (polyethylen furanoát) nebo dokonce PBS (polybutylen sukcinát). Nástroje pro enzymové inženýrství a evoluci lze neustále používat pro další zlepšování. Výzkumníci hledají způsob, jak zlepšit enzym tak, aby jeho funkce mohla být začleněna do výkonného průmyslového zařízení ve velkém měřítku. Technologický proces je velmi podobný enzymům, které se v současnosti používají v biologických pracích prostředcích nebo při výrobě biopaliv. Technologie existuje, a tak by měla být v nadcházejících letech dosažitelná průmyslová životaschopnost.
K pochopení některých aspektů této studie je nutný další výzkum. Za prvé, enzym rozkládá větší kusy plastů na menší kousky, proto podporuje recyklaci plastových lahví, ale všechny tyto plasty je třeba nejprve získat zpět. Tento „menší“ plast, když se získá, by se dal použít k jejich přeměně zpět na plastové lahve. Enzym skutečně nemůže „jít a sám najít plast“ v prostředí. Jednou z navrhovaných možností by mohlo být zasadit tento enzym do některých bakterií, které mohou začít rozkládat plasty vyšší rychlostí a přitom odolávat vysokým teplotám. Je také třeba chápat dlouhodobý účinek tohoto enzymu.
Dopad takového inovativního řešení pro řešení problému plastového odpadu by byl v celosvětovém měřítku velmi vysoký. Snažíme se řešit problém s plasty od doby, kdy se objevily samotné plasty. Existují zákony zakazující použití jednoho plastu a také recyklovaný plast je nyní všude upřednostňován. I malé kroky, jako je zákaz plastových tašek v supermarketech, byly ve všech médiích. Jde o to, že musíme jednat rychle, chceme-li zachovat naše planeta z plastu znečištění. I když musíme pokračovat v přijímání recyklace do našeho každodenního života a zároveň povzbuzovat naše děti, aby tak činily také. Stále potřebujeme dobré dlouhodobé řešení, které půjde ruku v ruce s naším vlastním individuálním úsilím. Tento výzkum je počátkem řešení jednoho z největších problémů, které máme planeta čelí.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
Harry P a kol. 2018. Charakterizace a inženýrství plastické degradující aromatické polyesterázy. Proceedings of the National Academy of Sciences. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
