Enzima care mănâncă plastic ar putea elimina miliarde de tone de deșeuri la depozitele de gunoi (Video)

O variantă de enzimă creată de ingineri și oameni de știință de la Universitatea din Texas din Austin poate descompune plasticele care limitează mediul înconjurător, care de obicei durează secole pentru a se degrada în doar câteva ore până la zile. Această descoperire, publicată în ”Nature”, ar putea ajuta la rezolvarea uneia dintre cele mai presante probleme de mediu ale lumii: ce să facem cu miliardele de tone de deșeuri de plastic care se adună în gropile de gunoi și care poluează terenurile noastre naturale și apa. Enzima are potențialul de a supraalimenta reciclarea la scară largă, ceea ce ar permite industriilor majore să își reducă impactul asupra mediului prin recuperarea și reutilizarea materialelor plastice la nivel molecular. „Posibilitățile sunt nesfârșite în toate industriile de a folosi acest proces de reciclare de vârf”, a spus Hal Alper, profesor la Departamentul de Inginerie Chimică McKetta de la UT Austin. „Dincolo de industria evidentă a gestionării deșeurilor, aceasta oferă și corporațiilor din fiecare sector oportunitatea de a prelua un lider în reciclarea produselor lor.

Prin aceste abordări mai sustenabile cu enzime, putem începe să ne imaginăm o adevărată economie circulară a materialelor plastice.” Proiectul se concentrează pe tereftalatul de polietilenă (PET), un polimer semnificativ care se găsește în majoritatea ambalajelor de consum, inclusiv recipiente pentru prăjituri, sticle de sifon, ambalaje pentru fructe și salate și anumite fibre și textile. Reprezintă 12% din toate deșeurile globale. Enzima a reușit să finalizeze un „proces circular” de descompunere a plasticului în părți mai mici (depolimerizare) și apoi repunerea chimică (repolimerizare). În unele cazuri, aceste materiale plastice pot fi descompuse în monomeri în doar 24 de ore. Cercetătorii de la Școala de Inginerie Cockrell și Colegiul de Științe Naturale au folosit un model de învățare automată pentru a genera mutații noi la o enzimă naturală numită PETază, care permite bacteriilor să degradeze plasticele PET. Modelul prezice care mutații ale acestor enzime ar atinge obiectivul de a depolimeriza rapid deșeurile de plastic post-consum la temperaturi scăzute.

Prin acest proces, care a inclus studiul a 51 de recipiente de plastic post-consum diferite, cinci fibre și țesături diferite de poliester și sticle de apă, toate fabricate din PET, cercetătorii au dovedit eficacitatea enzimei, pe care o numesc FAST-PETază (funcțională, activă, PETaza stabilă și tolerantă). „Această lucrare demonstrează cu adevărat puterea de a reuni diferite discipline, de la biologia sintetică la inginerie chimică și până la inteligența artificială”, a spus Andrew Ellington, profesor la Centrul pentru Sisteme și Biologie Sintetică a cărui echipă a condus dezvoltarea modelului de învățare automată. Reciclarea este cea mai evidentă modalitate de a reduce consumul de deșeuri de plastic. Dar la nivel global, mai puțin de 10% din tot plasticul a fost reciclat. Cea mai obișnuită metodă de eliminare a plasticului, pe lângă aruncarea acestuia într-o groapă de gunoi, este arderea acestuia, care este costisitoare, consumatoare de energie și aruncă gaze nocive în aer.

Sursa foto: news.utexas.edu

Alte procese industriale alternative includ procese de glicoliză, piroliză și/sau metanoliză foarte consumatoare de energie. Soluțiile biologice necesită mult mai puțină energie. Cercetările privind enzimele pentru reciclarea plasticului au avansat în ultimii 15 ani. Cu toate acestea, până acum, nimeni nu a putut să-și dea seama cum să producă enzime care ar putea funcționa eficient la temperaturi scăzute pentru a le face atât portabile, cât și accesibile la scară industrială mare. FAST-PETase poate efectua procesul la mai puțin de 50 de grade Celsius. În continuare, echipa intenționează să lucreze la extinderea producției de enzime pentru a se pregăti pentru aplicarea industrială și de mediu. Cercetătorii au depus o cerere de brevet pentru această tehnologie și urmăresc mai multe utilizări diferite. Curățarea gropilor de gunoi și ecologizarea industriilor cu mare producție de deșeuri sunt cele mai evidente. Dar o altă utilizare potențială cheie este remedierea mediului. Echipa analizează o serie de modalități de a scoate enzimele în câmp pentru a curăța locurile poluate.

„Când luați în considerare aplicațiile de curățare a mediului, aveți nevoie de o enzimă care poate funcționa în mediu la temperatura ambiantă. Această cerință este locul în care tehnologia noastră are un avantaj imens în viitor”, a spus Alper. Alper, Ellington, profesor asociat de inginerie chimică Nathaniel Lynd și Hongyuan Lu, un cercetător postdoctoral în laboratorul lui Alper, au condus cercetarea. Danny Diaz, membru al laboratorului lui Ellington, a creat modelul de învățare automată. Alți membri ai echipei includ din inginerie chimică: Natalie Czarnecki, Congzhi Zhu și Wantae Kim; și din bioștiințe moleculare: Daniel Acosta, Brad Alexander, Hannah O. Cole, Yan Jessie Zhang și Raghav Shroff. Lucrarea a fost finanțată de divizia de cercetare și inginerie a ExxonMobil, ca parte a unui acord de cercetare în curs cu UT Austin. Sursa: news.utexas.edu