חוקרים זיהו והנדסו אנזים שיכול לעכל ולצרוך חלק מהמזהמים שלנו פלסטיק מתן תקווה למיחזור ולחימה זיהום
מזהם פלסטיק הוא האתגר הסביבתי הגדול ביותר בעולם בצורת פלסטיק זיהום והפתרון האופטימלי לבעיה זו עדיין חמקמק. רוב פלסטיק עשויים מנפט או גז טבעי שהם משאבים לא מתחדשים המופקים ומעובדים בטכניקות עתירות אנרגיה. לפיכך, הייצור והייצור שלהם עצמו הרסני מאוד עבור מערכות אקולוגיות שבריריות. הרס הפלסטיק (בעיקר על ידי שריפה) גורם לאוויר, מַיִם ואדמה זיהום. כ-79% מהפלסטיק שהופק במהלך 70 השנים האחרונות הושלך, בין לאתרי הטמנה או לסביבה הכללית, בעוד שרק כתשעה% ממוחזר והשאר נשרף. תהליך שריפה זה חושף עובדים פגיעים לכימיקלים רעילים הכוללים חומרים גורמי סרטן. אומרים שהאוקיינוסים מכילים כ-51 טריליון חלקיקי מיקרופלסטיק ומדלדלים לאט את החיים הימיים. חלק מחלקיקי הפלסטיק מתפוצצים באוויר המוביל אל זיהום וזו אפשרות אמיתית שאולי אנו שואפים אותם. אף אחד לא יכול היה לחזות בשנות ה-1960 שההופעה והפופולריות של הפלסטיק יהפכו יום אחד למעמסה עם פסולת פלסטיק ענקית שנמצאה מרחפת באוקיינוסים היפים שלנו, באוויר ומושלכת על אדמותינו היקרות.
פלסטיק אריזה היא האיום הגדול ביותר והשימוש המושחת ביותר בפלסטיק. אבל הבעיה היא ששקית ניילון נמצאת בכל מקום, משמשת לכל מטרה קטנה ואין שליטה על השימוש בה. סוג זה של פלסטיק סינטטי אינו מתכלה, אלא רק יושב ומצטבר במזבלות ותורם לאיכות הסביבה זיהום. היו יוזמות ל"איסור מוחלט על פלסטיק", במיוחד פוליסטירן המשמש באריזה. עם זאת, זה לא מוביל לתוצאות רצויות שכן הפלסטיק עדיין נמצא בכל מקום ביבשה, באוויר ובמים והוא גדל כל הזמן. בטוח לומר שפלסטיק אולי אפילו לא נראה בעין בלתי מזוינת כל הזמן אבל הוא נמצא בכל מקום! מצער שאין ביכולתנו להתמודד עם בעיית המיחזור והסילוק של החומר הפלסטי.
במחקר שפורסם ב הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים ארה"ב, חוקרים גילו טבעי ידוע אנזים שניזון מפלסטיק. זה היה גילוי מקרי בזמן שהם בחנו את המבנה של אנזים שנמצא בפסולת מוכנה למיחזור במרכז ביפן. אנזים זה הנקרא Ideonella sakaiensis 201-F6, מסוגל "לאכול" או "להאכיל" פטנט PET מפלסטיק או פוליאתילן טרפתלאט המשמש לרוב במיליוני טונות של בקבוקי פלסטיק. האנזים בעצם איפשר לחיידק לפרק את הפלסטיק כמקור המזון שלהם. לא קיימים כיום פתרונות מחזור עבור PET ובקבוקי פלסטיק העשויים PET נשמרים יותר ממאות שנים בסביבה. מחקר זה בראשות צוותים מאוניברסיטת פורטסמות' והמעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת של מחלקת האנרגיה של ארצות הברית (NREL) יצר תקווה עצומה.
המטרה המקורית הייתה לקבוע את מבנה הגביש התלת מימדי של האנזים הטבעי הזה (הנקרא PETase) ולהשתמש במידע הזה כדי להבין איך בדיוק פועל האנזים הזה. הם השתמשו בקרן עזה של קרני רנטגן - שהן בהירות פי 10 מיליארד מהשמש - כדי להבהיר את המבנה ולראות אטומים בודדים. אלומות חזקות כאלה אפשרו להבין את העבודה הפנימית של האנזים וסיפקו שרטוטים נכונים כדי להיות מסוגלים להנדס אנזימים מהירים ויעילים יותר. נחשף ש-PETase נראה דומה מאוד לאנזים אחר הנקרא cutinase, אלא של-PETase יש תכונה מיוחדת ואתר פעיל יותר "פתוח", שנחשב להכיל פולימרים מעשה ידי אדם (במקום הטבעיים). הבדלים אלו הצביעו מיד על כך ש-PETase עשוי להיות מפותח יותר, במיוחד בסביבה המכילה PET, ולכן עלול לפגום PET. הם שינו את האתר הפעיל PETase כדי לגרום לו להיראות יותר כמו cutinase. מה שלאחר מכן היה תוצאה בלתי צפויה לחלוטין, המוטנט של PETase היה מסוגל לפרק PET אפילו טוב יותר מה-PETase הטבעי. כך, בתהליך של הבנה וניסיון לשפר את יכולתו של האנזים הטבעי, בסופו של דבר החוקרים הנדסו בטעות אנזים חדש שהיה אפילו טוב יותר מהאנזים הטבעי בפירוק PET פלסטיק. אנזים זה יכול גם לפרק פוליאתילן פורנדי-קרבוקסילאט, או PEF, תחליף מבוסס ביו לפלסטיק PET. זה יצר תקווה להתמודד עם מצעים אחרים כמו PEF (פוליאתילן פורנואט) או אפילו PBS (פוליבוטילן סוקסינאט). הכלים להנדסת אנזימים ואבולוציה יכולים להיות מיושמים ללא הרף לשיפור נוסף. חוקרים בוחנים דרך לשפר את האנזים כך שניתן יהיה לשלב את תפקידו במערך תעשייתי רב עוצמה. תהליך ההנדסה דומה מאוד לאנזימים שנמצאים כיום בשימוש בדטרגנטים לכביסה ביולוגית או בייצור של דלק ביולוגי. הטכנולוגיה קיימת ולכן כדאיות תעשייתית אמורה להיות ברת השגה בשנים הקרובות.
דרוש מחקר נוסף כדי להבין כמה היבטים של מחקר זה. ראשית, האנזים מפרק חתיכות פלסטיק גדולות יותר לחתיכות קטנות יותר, לכן הוא תומך במחזור של בקבוקי פלסטיק אבל צריך קודם כל לשחזר את כל הפלסטיק הזה. הפלסטיק "הקטן" יותר הזה, לאחר שיחזור, יכול לשמש כדי להפוך אותם בחזרה לבקבוקי פלסטיק. האנזים לא באמת יכול "ללכת ולמצוא פלסטיק בעצמו" בסביבה. אחת האפשרויות המוצעות יכולה להיות לשתול את האנזים הזה בחיידקים מסוימים שיכולים להתחיל לפרק פלסטיק בקצב גבוה יותר תוך עמידה בטמפרטורות גבוהות. כמו כן, עדיין יש להבין את ההשפעה ארוכת הטווח של אנזים זה.
ההשפעה של פתרון חדשני שכזה להתמודדות עם פסולת פלסטיק תהיה גבוהה מאוד בקנה מידה עולמי. אנחנו מנסים להתמודד עם בעיית הפלסטיק מאז הופעת הפלסטיק עצמו. היו חוקים שאוסרים על שימוש בפלסטיק בודד וגם פלסטיק ממוחזר מועדף כיום בכל מקום. אפילו צעדים קטנים כמו איסור על שקיות פלסטיק בסופרמרקטים היו בכל אמצעי התקשורת. הנקודה היא שאנחנו צריכים לפעול מהר אם אנחנו רוצים לשמר את שלנו כוכב לכת מפלסטיק זיהום. למרות שעלינו להמשיך לאמץ מיחזור בחיי היומיום שלנו תוך עידוד ילדינו לעשות זאת גם כן. אנחנו עדיין צריכים פתרון טוב לטווח ארוך שיכול ללכת יד ביד עם המאמצים האישיים שלנו. מחקר זה מסמן התחלה להתמודדות עם אחת הבעיות הגדולות ביותר שלנו כוכב לכת עומד בפני.
***
{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}
מקור (ים)
הארי פ וחב'. 2018. אפיון והנדסה של פוליאסטראזז ארומטי משפיל פלסטיק. הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
