Naukowcom przypadkowo udało się ulepszyć rozkładający tworzywa sztuczne enzym wytwarzany przez bakterie Ideonella sakaiensis – informuje pismo „Proceedings of the National Academy of Sciences”.
Plastikowe odpady stały się wszechobecne – na oceanach zaobserwowano już sześć ogromnych obszarów pokrytych tego rodzaju śmieciami. Można je znaleźć nawet w Arktyce. Trafiają do organizmów ptaków, ryb i innych zwierząt, nierzadko stając się przyczyną ich śmierci.
W roku 2016 w japońskim centrum utylizacji odpadów w mieście Sakai naukowcy odkryli bakterię Ideonella sakaiensis. Mikroorganizm ten przystosował się ewolucyjnie do wykorzystywania politereftalanu etylenu (PET) jako źródła energii. Rozkłada PET w kilka dni, podczas gdy w naturalnych warunkach trwałoby to około 450 lat.
Najbardziej masowo produkowany z poliestrów — PET — to tworzywo znane przede wszystkim jako materiał na plastikowe butelki. Co minutę sprzedaje się milion opakowanych w nie napojów. Jednak bardzo odporny wilgoć i wysoką temperaturę PET wykorzystywany jest także w tkaninach i opakowaniach, przemyśle maszynowym, samochodowym, elektrotechnicznym, elektromaszynowym, elektronice i artykułach gospodarstwa domowego, a nawet wiązaniach narciarskich czy osprzęcie żeglarskim. Niestety, ta sama trwałość PET, która przyczyniła się do jego wielkiej popularności, sprawia, że trudno się go pozbyć.
Wkrótce po odkryciu plastikożernej bakterii naukowcy z University of Portsmouth US Department of Energy’s National Renewable Energy Laboratory (NREL) i University of Campinas w Brazylii rozpoczęli badania nad wytwarzanym przez nią enzymem PET-azą. W toku eksperymentów doszło do zmiany budowy enzymu – stał się znacznie bardziej aktywny. Zdaniem autorów badań osiągnięcie to mogłoby nareszcie pozwolić na pełne przetwarzanie plastikowych butelek po napojach. Obecnie są one zwykle rozdrabniane i przetwarzane na tkaniny, później tkaniny przerabia się na wykładziny dywanowe, ale w końcu stają się tylko uciążliwym odpadem. Enzymy rozkładające tworzywo na prostsze składniki pozwalałyby wykorzystać je do uzyskania materiału o lepszych właściwościach. Można by z niego robić nowe butelki, co zmniejszyłoby zapotrzebowanie na ropę naftową.
Strukturę enzymu udało się zbadać korzystając z potężnego źródła promieniowania UK’s Diamond Light Source. Następnie naukowcy nieznacznie zmienili strukturę PET-azy, aby porównać ją z innym enzymem, który rozkłada kutynę (polimer obecny w ochronnej powłoce roślin). Ten proces nieoczekiwanie zwiększył o 20 proc. zdolność PET-azy do degradowania PET. Ponadto enzym okazał się skuteczny także przy rozkładaniu tworzywa PEF, uznawanego za potencjalny, ekologiczny zamiennik PET.
Co więcej, zaobserwowana zmiana sugeruje, że można zmodyfikować enzym jeszcze bardziej. Możliwe, że mógłby on być stabilny i aktywny w temperaturze powyżej 70 stopni Celsjusza – PET staje się wówczas gumowaty i rozkłada od 10 do 100 razy szybciej. Wystarczyłoby wrzucić stare butelki do przemysłowego reaktora chemicznego z enzymem i gorącą wodą, aby po niedługim czasie uzyskać ich prostsze składniki chemiczne, zdatne do powtórnego przetworzenia. Ponieważ pracuje nad tym wiele zespołów, wyników można się spodziewać już za kilka lat.
Bakteria Ideonella sakaiensis nie jest jedynym żywym organizmem, który potrafi rozkładać plastik. Na przykład larwy mola woskowego potrafią tego dokonać w kilka godzin, zaś larwy mącznika młynarka mają w przewodzie pokarmowym bakterie zdolne do niszczenia polistyrenu. Zdaniem specjalistów ze względu na wszechobecność plastikowych śmieci, bardzo możliwe, że mikroorganizmy stworzą na drodze ewolucji szybsze i lepsze sposoby ich rozkładania.