تجزیه پلی استر و پلاستیک با آنزیم های تکامل یافته

دانشمندان با موفقیت آنزیم باکتریایی را اصلاح کرده اند تا پلی استر را به طور موثر تر تجزیه نماید که این موضوع می تواند پیامدهای گسترده ای برای بازیافت پلاستیک، مواد زائد و صنایع نساجی داشته باشد.

در سال 2016 گزارشهایی مبنی بر آنزیم تولید شده توسط باکتری هایی که در محل بازیافت بطری های پلاستیکی در ژاپن زندگی می کنند وجود داشت که می تواند پلی اتیلن ترفتالات (PET) را هضم کند. اما اکنون دانشمندان دانشگاه پورتسموث و آزمایشگاه ملی انرژی تجدید پذیر وزارت امورخارجه ایالات متحده (NREL) به طور اتفاقی یک آنزیم را طراحی کردند که حتی بهتر از آنزیم باکتریایی تخریبگر پلاستیک که به طور طبیعی عمل می کند ، تکامل یافته است.

این کشف می تواند به یک راه حل جامع تر بازیافت برای میلیون ها تن بطری های پلاستیکی و پارچه های پلی استر روزمره که با استفاده از PET ساخته شده است و در حال حاضر در محدوده ای از اشکالی مانند میکرو الیاف پلی استر استفاده می شود و نیاز به یک فرایند شیمیایی پیچیده برای تجزیه آنها به مونومر های مربوطه خود دارد، منجر شود.

محققان ساختار بلوری آنزیم باکتریایی PETase را حل کرده و در حال مطالعه طراحی سه بعدی اطلاعات مولکول پروتئین آن، به طور غیرمستقیم آنزیمی را طراحی کرده اند که در تجزیه پلاستیک از باکتری های Ideonella sakaiensis که پلاستیک را تجزیه میکنند، موثرتر عمل می کنند.

پروفسور McGeehan، مدیر موسسه علوم زیست شناسی و پزشکی بیوتکنولوژی در دانشکده علوم زیست شناسی در پورتسموث، گفت: “تعداد اندکی می توانستند پیش بینی کنند که از زمانی که پلاستیک ها در دهه 1960 محبوب شدند، پشته های مهم پلاستیکی در اقیانوس شناور می شوند و یا به یکباره سواحل بکر در سراسر جهان پخش می شوند و محیط زیست را آلوده می سازند.

“ما همه می توانیم نقش مهمی در حل مشکلات زیست محیطی پلاستیکی داشته باشیم، اما این جامعه علمی است که در نهایت ” مواد تعجب آور “را ایجاد کردند و باید از تمامی فن آوری های موجود برای توسعه راه حل های واقعی استفاده کنند.”

تیم تحقیقاتی هم اکنون می تواند ابزارهای مهندسی و تکامل پروتئین را برای بهبود آنزیم بکارگیرد. با کمک دانشمندان مدل سازی محاسباتی در دانشگاه فلوریدا جنوبی و دانشگاه کمپیناس در برزیل، تیم پژوهشی کشف کرد که آنزیم پتاز به نظر می رسد بسیار شبیه به آنزیم کاتیناز است، اما دارای ویژگی های غیر معمولی از قبیل یک سایت باز فعالتر است که می تواند انطباق بهتری با پلیمرهای مصنوعی نسبت به پلیمرهای طبیعی داشته باشد. این اختلافات نشان داد که PETase ممکن است در یک محیط حاوی PET فعال شود تا آنزیم را برای تخریب PET بهبود بخشد. برای آزمایش این فرضیه، محققان موضع فعال PETase را جهش دادند تا آن را بیشتر شبیه به کاتیناز کنند. و این درست زمانی بود که کشف غیر منتظره ایی اتفاق افتاد – محققان دریافتند که آنزیم جهش یافتهPETase بهتر از PETase طبیعی در تخریب PET عمل میکند.

بطری های پلاستیکی ساخته شده از فلز به طور معمول توسط آسیاب کردن آنها به فلکه های کوچک بازیافت می شود که سپس برای ساخت محصولات مانند ظروف پلاستیکی، فرش، اتصال دهنده صنعتی و مصالح ساختمانی استفاده می شود. اما بعضی از این محصولات دوباره نمی توانند بازیافت شوند و در نهایت در محل های دفن زباله یا محیط قرار گیرند.

با استفاده از آنزیم ها برای شکستن PET به اتیلن گلیکول و اسید ترفتالاتیک، تامین کنندگان الیاف نساجی می توانند مواد تشکیل دهنده بازیافت را برای تولید الیاف پلی استر جدید با همان کیفیت استفاده کنند. چنین پروسه ای اجازه می دهد مواد PET به طور مکرر بازیافت شود.

این تحقیق توسط دانشگاه پورتسموث، NREL و شورای تحقیقات علوم بیوتکنولوژی و زیست شناسی کانسیل(BBSRC) انجام شده است.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *