به گزارش سرویس بین‌الملل «فراز انرژی» از Bioengineer، آنزیم جدید با نام IsPETase-M8 از طریق مهندسی پروتئین توسعه یافته و برای فعالیت در محیط شور بهینه شده است. PET یا پلی‌اتیلن ترفتالات، پرمصرف‌ترین پلی‌استر جهان است و تولید جهانی آن سالانه از ۸۰ میلیون تن فراتر می‌رود.

نتایج اصلی این تحقیق پیش‌تر در مجله علمی Advanced Biotechnology منتشر شده و نشان می‌دهد M8 در سه شاخص پایداری حرارتی، فعالیت آنزیمی و میزان تولید آنزیم محلول نسبت به IsPETase اولیه بهبود یافته است.

تجزیه PET واقعی در آب دریای چین

محققان برای آزمایش نهایی به آب مصنوعی آزمایشگاهی اکتفا نکردند و از آب طبیعی دریای چین جنوبی و پودر PET تهیه‌شده از ظروف بسته‌بندی میوه استفاده کردند.

آنزیم M8 توانست محلولی حاوی ۱۵ درصد وزنی PET را در دمای ۳۷ درجه سانتی‌گراد به‌طور پیوسته تجزیه کند. نرخ تولید مونومرها به ۱۵.۴ میلی‌مول در لیتر در روز رسید؛ سطحی که به گفته پژوهشگران برای تغذیه برخی میکروارگانیسم‌های مصرف‌کننده این مونومرها کافی است.

آزمایش‌ها در دمای ۳۰ درجه نیز انجام شد، اما سرعت تولید محصولات در این دما به ۵.۲ میلی‌مول در لیتر در روز کاهش یافت.

پایداری آنزیم ۲۷ درجه افزایش یافت

پژوهشگران ابتدا هشت آنزیم تجزیه‌کننده PET را در آب دریای مصنوعی و دمای ۳۰ درجه بررسی کردند. IsPETase فعال‌ترین گزینه بود، اما پایداری کافی برای استفاده طولانی‌مدت نداشت.

پس از مجموعه‌ای از تغییرات مهندسی، نسخه M8 ساخته شد. دمای ذوب این آنزیم نسبت به نمونه اولیه ۲۷.۳ درجه سانتی‌گراد افزایش یافت، فعالیت آن ۱.۱۴ برابر شد و میزان تولید محلول آن در E. coli نیز ۱۴.۳ برابر افزایش پیدا کرد.

کارایی کلی M8 در تجزیه PET نیز در آزمایش‌های مقایسه‌ای، ۳۲.۲ برابر DuraPETase و ۱۰.۴ برابر LCC-ICCG گزارش شده است؛ دو آنزیمی که پیش‌تر به‌دلیل پایداری حرارتی بالا مورد توجه قرار گرفته بودند.

چرا آب دریا اهمیت دارد؟

بخش قابل‌توجهی از فناوری‌های بازیافت آنزیمی PET بر فعالیت آنزیم در دماهای نسبتاً بالا متکی هستند. گرم‌کردن راکتورها و استفاده از محلول‌های مبتنی بر آب شیرین، مصرف انرژی و آب فرایند را افزایش می‌دهد.

هدف پژوهش جدید این است که واکنش در محیط شور و در دمایی نزدیک به شرایط مناسب برای فعالیت میکروارگانیسم‌های صنعتی انجام شود. در چنین سناریویی، مونومرهای حاصل از تجزیه PET می‌توانند بدون مرحله بزرگ سردسازی مستقیماً وارد یک فرایند زیستی بعدی شوند.

پژوهشگران این ایده را تجزیه آنزیمی و تخمیر هم‌زمان یا SEDF نامیده‌اند؛ مدلی که در نهایت می‌تواند تجزیه PET و تبدیل محصولات حاصل از آن به مواد جدید را در یک سامانه مبتنی بر آب دریا به یکدیگر متصل کند.

هنوز با بازیافت صنعتی فاصله دارد

با وجود نتایج اولیه، این فناوری هنوز به مرحله صنعتی نرسیده است. آزمایش‌ها در مقیاس میلی‌لیتری انجام شده‌اند و برای مشخص‌شدن توجیه اقتصادی فناوری باید عملکرد آن در مقیاس پایلوت و سپس راکتورهای بزرگ بررسی شود.

همچنین برای ایجاد یک فرایند کاملاً یکپارچه باید میکروارگانیسمی توسعه یابد که بتواند در شوری بالا، اسید ترفتالیک و اتیلن‌گلیکول حاصل از تجزیه PET را مصرف کند.

کاربرد مستقیم این آنزیم برای پاک‌سازی پلاستیک از اقیانوس نیز هنوز اثبات نشده است. خود پژوهشگران تأکید کرده‌اند استفاده در محیط باز به سامانه‌های کنترل زیستی و ارزیابی دقیق خطرات زیست‌محیطی نیاز دارد. بنابراین دستاورد فعلی بیش از آنکه به معنای رهاسازی یک «آنزیم پلاستیک‌خوار» در دریا باشد، یک مسیر بالقوه برای بازیافت صنعتی PET با آب دریا و انرژی کمتر است.