Հետազոտողները հայտնաբերել և նախագծել են մի ֆերմենտ, որը կարող է մարսել և սպառել մեր ամենատարածված աղտոտիչներից մի քանիսը: պլաստմասսա վերամշակման և պայքարելու հույս ապահովելու համար կեղտոտում
Աղտոտող պլաստմասսա աշխարհի ամենամեծ բնապահպանական մարտահրավերն է՝ պլաստիկի տեսքով կեղտոտում և այս խնդրի օպտիմալ լուծումը դեռևս անհասկանալի է: Մեծ մասը պլաստմասսա պատրաստված են նավթից կամ բնական գազից, որոնք չվերականգնվող ռեսուրսներ են, որոնք արդյունահանվում և վերամշակվում են էներգատար տեխնիկայի միջոցով: Այսպիսով, դրանց արտադրությունն ու արտադրությունն ինքնին շատ կործանարար է փխրուն էկոհամակարգերի համար: Պլաստիկի ոչնչացումը (հիմնականում այրման միջոցով) առաջացնում է օդ, ջուր և հող կեղտոտում. Վերջին 79 տարիների ընթացքում արտադրված պլաստիկի մոտ 70 տոկոսը նետվել է աղբավայրեր կամ ընդհանուր միջավայր, մինչդեռ միայն մոտ ինը տոկոսն է վերամշակվում, իսկ մնացածը այրվում է: Այրման այս գործընթացը խոցելի աշխատողներին ենթարկում է թունավոր քիմիական նյութերի, որոնք ներառում են քաղցկեղ առաջացնող նյութեր: Նշվում է, որ օվկիանոսները պարունակում են մոտ 51 տրիլիոն միկրոպլաստիկ մասնիկներ և դանդաղորեն ոչնչացնում են ծովային կյանքը: Պլաստիկ միկրոմասնիկների մի մասը փչում է օդում, որը տանում է դեպի կեղտոտում և իրական հավանականություն է, որ մենք կարող ենք ներշնչել դրանք: 1960-ականներին ոչ ոք չէր կարող կանխատեսել, որ պլաստմասսաների հայտնվելն ու ժողովրդականությունը մի օր բեռ կդառնան հսկայական պլաստիկ թափոններով, որոնք լողում են մեր գեղեցիկ օվկիանոսներում, օդում և թափվում մեր թանկարժեք հողերում:
Պլաստիկ Փաթեթավորումը պլաստմասսաների ամենամեծ սպառնալիքն է և ամենակոռումպացված օգտագործումը: Բայց խնդիրն այն է, որ պոլիէթիլենային տոպրակն ամենուր է, օգտագործվում է ամեն փոքր նպատակի համար, և դրա օգտագործման վրա վերահսկողություն չկա: Այս տեսակի սինթետիկ պլաստիկը չի քայքայվում, փոխարենը պարզապես նստում և կուտակվում է աղբավայրերում և նպաստում է շրջակա միջավայրին կեղտոտում. Նախաձեռնություններ են եղել «պլաստիկ պլաստիկի ամբողջական արգելքի» համար, հատկապես պոլիստիրոլը, որն օգտագործվում է փաթեթավորման մեջ: Այնուամենայնիվ, դա չի հանգեցնում ցանկալի արդյունքների, քանի որ պլաստիկը դեռ ամենուր տարածված է ցամաքում, օդում և ջրում և անընդհատ աճում է: Կարելի է ասել, որ պլաստիկը կարող է նույնիսկ անզեն աչքով անընդհատ տեսանելի չլինել, բայց այն ամենուր է: Ցավալի է, որ մենք չենք կարողանում լուծել պլաստիկ նյութի վերամշակման և ոչնչացման խնդիրը:
Մի ուսումնասիրության հրապարակված ԱՄՆ Գիտությունների ազգային ակադեմիայի նյութեր, հետազոտողները հայտնաբերել են հայտնի բնական enzyme որը սնվում է պլաստիկով։ Սա պատահական հայտնագործություն էր, երբ նրանք ուսումնասիրում էին ֆերմենտի կառուցվածքը, որը հայտնաբերվել էր Ճապոնիայի կենտրոններից մեկում վերամշակման պատրաստ թափոնների մեջ: Այս ֆերմենտը, որը կոչվում է Ideonella sakaiensis 201-F6, կարող է «ուտել» կամ «սնվել» արտոնագրված պլաստիկ PET կամ պոլիէթիլենային տերեֆտալատ, որն առավել հաճախ օգտագործվում է միլիոնավոր տոննա պլաստիկ շշերի մեջ: Ֆերմենտը հիմնականում թույլ էր տալիս բակտերիային քայքայել պլաստիկը որպես սննդի աղբյուր: Ներկայումս PET-ի համար վերամշակման լուծումներ գոյություն չունեն, իսկ PET-ից պատրաստված պլաստիկ շշերը պահպանվում են շրջակա միջավայրում ավելի քան հարյուր տարի: Պորտսմութի համալսարանի և Միացյալ Նահանգների Էներգետիկայի դեպարտամենտի Վերականգնվող էներգիայի ազգային լաբորատորիայի (NREL) թիմերի կողմից ղեկավարվող այս հետազոտությունը հսկայական հույս է առաջացրել:
Նախնական նպատակն էր որոշել այս բնական ֆերմենտի (որը կոչվում է PETase) եռաչափ բյուրեղային կառուցվածքը և օգտագործել այս տեղեկատվությունը հասկանալու համար, թե ինչպես է աշխատում այս ֆերմենտը: Նրանք օգտագործել են ռենտգենյան ճառագայթների ինտենսիվ ճառագայթ, որոնք 10 միլիարդ անգամ ավելի պայծառ են, քան արևը, կառուցվածքը պարզաբանելու և առանձին ատոմները տեսնելու համար: Նման հզոր ճառագայթները հնարավորություն էին տալիս հասկանալու ֆերմենտի ներքին աշխատանքը և ապահովում էին ճիշտ գծագրեր՝ ավելի արագ և արդյունավետ ֆերմենտներ ստեղծելու համար: Բացահայտվեց, որ PETase-ն շատ նման է մեկ այլ ֆերմենտի, որը կոչվում է կուտինազ, բացառությամբ այն, որ PETase-ն ունի հատուկ հատկություն և ավելի «բաց» ակտիվ տեղամաս, որը ենթադրվում է, որ տեղավորում է մարդու կողմից ստեղծված պոլիմերներ (բնականի փոխարեն): Այս տարբերությունները անմիջապես ցույց տվեցին, որ PETase-ն կարող է ավելի զարգացած լինել հատկապես PET պարունակող միջավայրում և այդպիսով կարող է քայքայել PET-ը: Նրանք մուտացիայի ենթարկեցին PETase ակտիվ կայքը, որպեսզի այն ավելի նման լինի կուտինազային: Այն, ինչ հետևեց, բոլորովին անսպասելի արդյունք էր, PETase մուտանտը կարողացավ ավելի լավ քայքայել PET-ը, քան բնական PETase-ն: Այսպիսով, բնական ֆերմենտի հնարավորությունները հասկանալու և բարելավելու գործընթացում հետազոտողները պատահաբար ստեղծեցին նոր ֆերմենտ, որն ավելի լավն էր, քան բնական ֆերմենտը PET-ի քայքայումը: պլաստմասսա. Այս ֆերմենտը կարող է նաև քայքայել պոլիէթիլենային ֆուրանդիկարբոքսիլատը կամ PEF-ը, որը կենսաբանական հիմքով փոխարինող է PET պլաստմասսաների համար: Սա հույս է առաջացրել լուծելու այլ ենթաշերտեր, ինչպիսիք են PEF-ը (պոլիէթիլեն ֆուրանոատ) կամ նույնիսկ PBS (պոլիբութիլեն սուկցինատ): Ֆերմենտային ճարտարագիտության և էվոլյուցիայի գործիքները կարող են շարունակաբար կիրառվել հետագա կատարելագործման համար: Հետազոտողները փնտրում են միջոց՝ բարելավելու ֆերմենտը, որպեսզի դրա գործառույթը հնարավոր լինի ներառել հզոր լայնածավալ արդյունաբերական կառույցում: Ինժեներական գործընթացը շատ նման է այն ֆերմենտներին, որոնք ներկայումս օգտագործվում են բիո-լվացող լվացող միջոցների կամ կենսավառելիքի արտադրության մեջ: Տեխնոլոգիան գոյություն ունի, և, հետևաբար, արդյունաբերական կենսունակությունը պետք է հասանելի լինի առաջիկա տարիներին:
Այս ուսումնասիրության որոշ ասպեկտներ հասկանալու համար անհրաժեշտ է լրացուցիչ հետազոտություն: Նախ, ֆերմենտը պլաստմասսայից ավելի մեծ կտորներ է բաժանում փոքր կտորների, հետևաբար այն աջակցում է պլաստիկ շշերի վերամշակմանը, բայց այս ամբողջ պլաստիկը նախ պետք է վերականգնել: Այս «փոքր» պլաստիկը, երբ այն վերականգնվի, կարող է օգտագործվել դրանք պլաստիկ շշերի վերածելու համար: Ֆերմենտը իրականում չի կարող «ինքնուրույն գնալ և պլաստիկ գտնել» շրջակա միջավայրում: Առաջարկվող տարբերակներից մեկը կարող է լինել այս ֆերմենտը տնկել որոշ բակտերիաների մեջ, որոնք կարող են ավելի բարձր արագությամբ սկսել պլաստիկը քայքայել՝ դիմակայելով բարձր ջերմաստիճաններին: Բացի այդ, այս ֆերմենտի երկարաժամկետ ազդեցությունը դեռ պետք է հասկանալ:
Պլաստիկ թափոնների դեմ պայքարի նման նորարարական լուծման ազդեցությունը շատ մեծ կլինի համաշխարհային մասշտաբով: Մենք փորձել ենք լուծել պլաստիկի խնդիրը հենց պլաստիկի հայտնվելուց ի վեր: Եղել են օրենքներ, որոնք արգելում են մեկ պլաստիկի օգտագործումը, և նաև վերամշակված պլաստիկն այժմ նախընտրելի է ամենուր: Նույնիսկ փոքր քայլերը, ինչպիսիք են սուպերմարկետներում պոլիէթիլենային տոպրակների արգելումը, տարածվել են ամբողջ մամուլում: Բանն այն է, որ մենք պետք է արագ գործենք, եթե ցանկանում ենք պահպանել մերը մոլորակ պլաստիկից կեղտոտում. Թեև մենք պետք է շարունակենք որդեգրել վերամշակումը մեր առօրյա կյանքում՝ միաժամանակ խրախուսելով մեր երեխաներին դա անել: Մեզ դեռ պետք է լավ երկարաժամկետ լուծում, որը կարող է ընթանալ ձեռք ձեռքի տված մեր անձնական ջանքերով: Այս հետազոտությունը սկիզբ է դնում մեր ամենամեծ խնդիրներից մեկի լուծմանը մոլորակ կանգնած է.
***
{Դուք կարող եք կարդալ հետազոտական հոդվածի բնօրինակը` սեղմելով ներքևում նշված DOI հղումը` մեջբերված աղբյուրների ցանկում:}
Աղբյուրը (ներ)
Հարրի Պ և այլք: 2018. Պլաստիկ քայքայող արոմատիկ պոլիէսթերազի բնութագրում և ճարտարագիտություն: Գիտությունների ազգային ակադեմիայի գիտական տեղեկագիր. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
