Forskere har identificeret og konstrueret et enzym, som kan fordøje og forbruge nogle af vores mest forurenende plast giver et håb om genbrug og kamp forurening
Forurenende plast er den største miljøudfordring på verdensplan i form af plastik forurening og den optimale løsning på dette problem er stadig uhåndgribelig. Mest plast fremstilles af råolie eller naturgas, som er ikke-vedvarende ressourcer, der udvindes og forarbejdes ved hjælp af energikrævende teknikker. Således er deres fremstilling og produktion i sig selv meget ødelæggende for skrøbelige økosystemer. Destruktion af plastik (for det meste ved forbrænding) forårsager luft, vand og jord forurening. Omkring 79 procent af plastik, der er produceret i løbet af de sidste 70 år, er blevet smidt ud, enten på lossepladser eller i det generelle miljø, mens kun omkring ni procent genanvendes, mens resten forbrændes. Denne forbrændingsproces udsætter sårbare arbejdere for giftige kemikalier, som omfatter kræftfremkaldende stoffer. Havene siges at indeholde omkring 51 billioner mikroplastikpartikler og udtømmer langsomt livet i havet. Nogle af plastikmikropartiklerne bliver blæst væk i luft, der fører til forurening og det er en reel mulighed, at vi måske inhalerer dem. Ingen kunne have forudsagt i 1960'erne, at plastikkens fremkomst og popularitet en dag ville blive en byrde med enormt plastikaffald, der blev fundet flydende i vores smukke oceaner, luft og dumpet på vores dyrebare lande.
Plast emballage er den største trussel og mest korrupte brug af plastik. Men problemet er, at plastikposen er overalt, bruges til ethvert lille formål, og der er ingen kontrol over brugen. Denne form for syntetisk plast nedbrydes ikke biologisk, men sidder bare og samler sig på lossepladser og bidrager til miljøet forurening. Der har været initiativer til ”fuldstændig plastikforbud”, især polystyren, som bruges i emballage. Dette fører dog ikke til ønskede resultater, da plast stadig er allestedsnærværende i land, luft og vand og stadig vokser. Man kan sikkert sige, at plastik måske ikke engang er synligt med det blotte øje hele tiden, men det er overalt! Det er ærgerligt, at vi ikke er i stand til at tackle plastmaterialets genbrugs- og bortskaffelsesproblem.
I en undersøgelse offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences USA, har forskere opdaget en kendt naturlig enzym som lever af plastik. Dette var en tilfældig opdagelse, mens de undersøgte strukturen af et enzym, som blev fundet i affald, klar til genbrug på et center i Japan. Dette enzym kaldet Ideonella sakaiensis 201-F6, er i stand til at "spise" eller "føde" patenteret PET-plast eller polyethylenterephthalat, som er mest almindeligt brugt i millioner af tons plastikflasker. Enzymet tillod grundlæggende bakterien at nedbryde plastikken som deres fødekilde. Der findes i øjeblikket ingen genbrugsløsninger for PET, og plastikflasker fremstillet af PET holder i mere end hundreder af år i miljøet. Denne undersøgelse ledet af hold ved University of Portsmouth og United States Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL) har skabt enormt håb.
Det oprindelige mål var at bestemme den tredimensionelle krystalstruktur af dette naturlige enzym (kaldet PETase) og bruge denne information til at forstå, hvordan præcist dette enzym virker. De brugte en intens stråle af røntgenstråler - som er 10 milliarder gange lysere end solen - til at belyse strukturen og se individuelle atomer. Sådanne kraftige stråler gjorde det muligt at forstå den indre funktion af enzymet og gav korrekte tegninger for at kunne konstruere hurtigere og mere effektive enzymer. Det blev afsløret, at PETase ligner meget et andet enzym kaldet cutinase, bortset fra at PETase har en speciel egenskab og et mere "åbent" aktivt sted, som menes at rumme menneskeskabte polymerer (i stedet for de naturlige). Disse forskelle indikerede umiddelbart, at PETase kan være mere udviklet, især i et PET-holdigt miljø og dermed kunne nedbryde PET. De muterede det aktive PETase-sted for at få det til at ligne cutinase mere. Hvad der fulgte var et totalt uventet resultat, PETase-mutanten var i stand til at nedbryde PET endnu bedre end den naturlige PETase. I processen med at forstå og forsøge at forbedre det naturlige enzyms evne, endte forskere således ved et uheld med at udvikle et nyt enzym, som var endnu bedre end det naturlige enzym til at nedbryde PET plast. Dette enzym kunne også nedbryde polyethylenfurandicarboxylat, eller PEF, en biobaseret erstatning for PET-plast. Dette skabte håb om at tackle andre substrater som PEF (polyethylenfuranoat) eller endda PBS (polybutylensuccinat). Værktøjerne til enzymteknologi og -evolution kan løbende anvendes til yderligere forbedringer. Forskere ser på en måde at forbedre enzymet på, så dets funktion kan inkorporeres i en kraftfuld storstilet industriel opsætning. Konstruktionsprocessen minder meget om enzymer, der i øjeblikket bruges i biovaskemidler eller til fremstilling af biobrændstoffer. Teknologien eksisterer, og dermed skulle industriel levedygtighed kunne opnås i de kommende år.
Yderligere forskning er nødvendig for at forstå nogle aspekter af denne undersøgelse. For det første nedbryder enzymet større stykker plastik til mindre stykker, derfor understøtter det genanvendelse af plastikflasker, men al denne plastik skal først genvindes. Denne "mindre" plastik, når den blev genvundet, kunne bruges til at forvandle dem tilbage til plastikflasker. Enzymet kan ikke rigtig "gå hen og finde plastik alene" i miljøet. En foreslået mulighed kunne være at plante dette enzym i nogle bakterier, som kan begynde at nedbryde plastik i en højere hastighed, mens de modstår høje temperaturer. Også langsigtede virkninger af dette enzym mangler stadig at blive forstået.
Virkningen af en sådan innovativ løsning til at håndtere plastaffald ville være meget høj på globalt plan. Vi har forsøgt at tackle plastikproblemet lige siden plastikkens fremkomst. Der har været love, der forbyder brug af enkelt-plastik, og også genbrugsplast er nu begunstiget overalt. Selv små skridt som at forbyde plastikbæreposer i supermarkeder har været over hele medierne. Pointen er, at vi skal handle hurtigt, hvis vi gerne vil bevare vores planet fra plastik forurening. Selvom vi skal fortsætte med at adoptere genbrug i vores hverdag, samtidig med at vi opmuntrer vores børn til også at gøre det. Vi mangler stadig en god langsigtet løsning, som kan gå hånd i hånd med vores egen individuelle indsats. Denne forskning markerer en begyndelse til at tackle et af de største problemer, som vores planet står overfor.
***
Kilde (r)
Harry P et al. 2018. Karakterisering og konstruktion af en plastisk-nedbrydende aromatisk polyesterase. Proceedings of the National Academy of Sciences. https://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
***
