صمم العلماء يمكن أن تنهار حياتنا في انزيم القمامة البلاستيكية الأكثر شيوعا التي تحل أكبر مشكلة بيئية في العالم تصبح ممكنة. اكتشاف يحل ملايين طن من البولي إثيلين بولي ( زجاجات PET) البلاستيك المصنوعة من قضايا إعادة التدوير، واستخدمت لتحطيم ما تبقى من PET أو القمامة في البيئة لمئات السنين.
يظهر في الصورة البروفيسور جون McGeehan وزملاؤه تصميم عن غير قصد الطبيعة الخاصة للصناعات البلاستيكية القابلة للتحلل انزيم القمامة الانزيمات أفضل.
درس البروفيسور جون ماكغيهان من جامعة بورتسموث والدكتور جريج بيكهام من مختبر الطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (NREL) البنية البلورية للأنزيم الذي تم اكتشافه مؤخرًا (PETASE) المستخدم في تحطيم PET ، وتعلم عن ذلك من خلال المعلومات ثلاثية الأبعاد. أثناء العمل ، قاموا خلال الدراسة بتصميم إنزيم يعمل بشكل أفضل من الإنزيمات التي تطورت في الطبيعة إلى تدهور المواد البلاستيكية.
الآن ، يعمل الباحثون على زيادة تحسين هذا الإنزيم لجعله مستدامًا لتحلل البلاستيك في المصانع ، وقد حققوا اختراقات في دراسة بنية الإنزيمات الطبيعية ويعتقدون أن هذا الإنزيم هو استعادة للنفايات في اليابان. تم تدريب المركز للسماح للبكتيريا بتحلل البلاستيك كمصدر للغذاء.
في الأربعينيات من القرن العشرين ، لم يستغرق استخدام المواد البلاستيكية PET وقتًا طويلاً ، لذا يلتزم فريق البحث بتحديد تطوير الإنزيمات وتحسينها.
كان الهدف النهائي للدراسة هو ببساطة تحديد بنية الإنزيمات ، لكنهم لم يعتقدوا أبداً أنهم كانوا يذهبون إلى أبعد من ذلك وصمموا بشكل غير متوقع إنزيمًا يمكن أن يؤدي إلى تدهور أفضل لدائن PET.
وقال ماكغيهان: "في الأبحاث العلمية الأساسية ، يلعب عرضيًا دورًا مهمًا في كثير من الأحيان ، لذلك يكون اكتشافنا العرضي أمرًا طبيعيًا أيضًا".
على الرغم من أن هذا التحسن متواضع ، إلا أن هذا الاكتشاف العرضي يشير إلى أنه لا يزال هناك مجال أكبر لتحسين هذه الإنزيمات ، الأمر الذي سيجعلنا أكثر ثقة في إيجاد حل لاستعادة هذه الأكوام من النفايات البلاستيكية السائلة.
تُظهر الصورة صورة المجهر الإلكتروني للبلاستيك PET المتحلل بالانزيم
يستطيع فريق البحث الآن تطبيق هندسة البروتين والتقنيات التطورية لمواصلة تحسين الإنزيمات.
تعاونت جامعة بورتسموث ، ومختبر الطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (NREL) ، وعلماء من مصدر الضوء الماسي في المملكة المتحدة لمراقبة ذرة واحدة باستخدام السنكروترون الذي يستخدم أشعة X التي تبلغ 10 مليار مرة أكثر إشراقا من ضوء الشمس كمجاهر.
تظهر الصورة بينجامين لوتي وهي تتحقق من خط شعاع I23 للضوء الماسي ، والذي لعب دوراً هاماً في اكتشاف الإنزيمات.
استخدم النموذج ثلاثي الأبعاد عالي الدقة لتوليد إنزيمات PETase الدقيقة باستخدام خط الشعاع I23 في أحدث مختبر لها.
وقال البروفيسور ماكغيهان: "أحدث مصدر الضوء الماسي أحد خطوط أشعة الأشعة السينية الأكثر تقدمًا في العالم. مع هذا الجهاز ، يمكننا أن نرى التركيب الذري ثلاثي الأبعاد لـ PETASE بطريقة مذهلة. يوفر لنا التشغيل الداخلي للحافز مخططًا لتصميم إنزيمات أسرع وأكثر فعالية.
إنزيم PETASE التطوري أفضل من إنزيم PETase الأصلي
بمساعدة علماء النمذجة الحاسوبية في جامعة جنوب فلوريدا وجامعة كامبيناس ، البرازيل ، وجد الفريق أن إنزيم PETase يبدو مشابهاً جداً للكتيناز ، لكن إنزيم PETase له بعض الميزات غير العادية ، بما في ذلك مواقع أكثر انفتاحاً. يمكن أن تتكيف مع البوليمرات الاصطناعية وليس فقط البوليمرات الطبيعية.هذه الاختلافات تشير إلى أن إنزيم PETase قد تطورت في البيئة التي تحتوي على البلاستيك PET من أجل تدهور البلاستيك PET. لاختبار هذه الفرضية ، تحور الباحثون الموقع النشط لإنزيم PETase لجعله أكثر مثل الكوليناز.
اكتشف الباحثون على نحو غير متوقع أن إنزيم PETase المتطور أفضل من إنزيم PETase الأصلي في اللدائن البلاستيكية المهينة.
ومن الجدير بالذكر أن هذا الإنزيم يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تدهور مستوى حمض البوليكريت من البولي إيثيلين جليكول إستر (PEF) ، والذي يعتبر أيضًا بديلاً لزجاجات البيرة الزجاجية كبديل بيولوجي للبلاستيك PET.
وقد تم تمويل الدراسة من قبل جامعة بورتسموث ، ومختبر الطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (NREL) ومجلس بحوث التكنولوجيا الحيوية والبيولوجيا (BBSRC).