إنزيمات هندسية للمساعدة في حل مشكلة البلاستيك على الكوكب

ولتوضيح فائدة منصتهم، قاموا بتصميم إنزيم يمكنه تحليل بولي (إيثيلين) تيريفثاليت (PET) بنجاح، وهو البلاستيك الشائع الاستخدام في الزجاجات البلاستيكية.

في السنوات الأخيرة، ظهرت إعادة التدوير الأنزيمية للمواد البلاستيكية كاستراتيجية جذابة وصديقة للبيئة للمساعدة في تخفيف المشاكل المرتبطة بالنفايات البلاستيكية. على الرغم من وجود عدد من الطرق الحالية لإعادة تدوير البلاستيك، إلا أن الإنزيمات يمكن أن تقدم بديلاً أكثر فعالية من حيث التكلفة وكفاءة في استخدام الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامها لتفكيك مكونات محددة من مجاري النفايات البلاستيكية المختلطة بشكل انتقائي والتي يصعب حاليًا إعادة تدويرها باستخدام التقنيات الحالية.

على الرغم من كونها تقنية واعدة، إلا أن هناك عقبات كبيرة يجب التغلب عليها حتى يتم استخدام إعادة تدوير البلاستيك الأنزيمي على نطاق واسع على نطاق تجاري. أحد التحديات، على سبيل المثال، هو أن الإنزيمات الطبيعية التي لديها القدرة على تفكيك المواد البلاستيكية عادة ما تكون أقل فعالية وغير مستقرة في ظل الظروف اللازمة لعملية على نطاق صناعي.

ولمعالجة هذه القيود، في ورقة صدرت اليوم في تحفيز الطبيعة, أبلغ باحثون من جامعة مانشستر عن منصة هندسية إنزيمية جديدة يمكنها تحسين خصائص إنزيمات تحلل البلاستيك بسرعة للمساعدة في جعلها أكثر ملاءمة لإعادة تدوير البلاستيك على نطاقات كبيرة. يمكن لمنصتهم المتكاملة والآلية تقييم قدرة تحلل البلاستيك بنجاح لحوالي 1000 نوع مختلف من الإنزيمات يوميًا.

تقول الدكتورة إليزابيث بيل، التي قادت العمل التجريبي في MIB، عن المنصة؛ 'يشكل تراكم البلاستيك في البيئة تحديًا عالميًا كبيرًا. ولهذا السبب، حرصنا على استخدام قدراتنا في تطوير الإنزيمات لتعزيز خصائص الإنزيمات المحللة للبلاستيك للمساعدة في تخفيف بعض هذه المشكلات. ونأمل أن نتمكن من ذلك في في المستقبل، ستسمح لنا منصتنا القابلة للتطوير بتطوير إنزيمات جديدة ومحددة بسرعة مناسبة للاستخدام في عمليات إعادة تدوير البلاستيك على نطاق واسع.'

ولاختبار منصتهم، استمروا في تطوير إنزيم جديد، HotPETase، من خلال التطور الموجه لـ IsPETase. IsPETase هو إنزيم تم اكتشافه مؤخرًا وتنتجه بكتيريا Ideonella sakaiensis، والتي يمكنها استخدام PET كمصدر للكربون والطاقة.

في حين أن IsPETase لديه القدرة الطبيعية على تحليل بعض الأشكال شبه البلورية من PET، فإن الإنزيم غير مستقر عند درجات حرارة أعلى من 40 درجة مئوية، وهي أقل بكثير من ظروف العملية المرغوبة. ويعني هذا الثبات المنخفض أنه يجب إجراء التفاعلات عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة التزجج الخاصة بـ PET (~65 درجة مئوية)، مما يؤدي إلى انخفاض معدلات إزالة البلمرة.

ولمعالجة هذا القيد، قام الفريق بتطوير إنزيم قابل للحرارة، HotPETase، والذي ينشط عند درجة حرارة 70 درجة مئوية، وهي أعلى من درجة حرارة التزجج الخاصة بـ PET. يمكن لهذا الإنزيم إزالة بلمرة PET شبه البلورية بسرعة أكبر من الإنزيمات التي تم الإبلاغ عنها مسبقًا ويمكنه تفكيك مكون PET في مادة التعبئة والتغليف بشكل انتقائي، مما يسلط الضوء على الانتقائية التي يمكن تحقيقها عن طريق إعادة التدوير الأنزيمي.

وقال البروفيسور أنتوني جرين، محاضر في الكيمياء العضوية: 'يوضح تطوير HotPETase بشكل جيد قدرات منصة هندسة الإنزيمات لدينا. نحن الآن متحمسون للعمل مع مهندسي العمليات وعلماء البوليمر لاختبار إنزيمنا في تطبيقات العالم الحقيقي. المضي قدمًا ، نأمل أن تثبت منصتنا فائدتها في تطوير إنزيمات أكثر كفاءة واستقرارًا وانتقائية لإعادة تدوير مجموعة واسعة من المواد البلاستيكية.'

إن تطوير إنزيمات قوية لتحلل البلاستيك مثل HotPETase، إلى جانب توفر منصة هندسية إنزيمية متعددة الاستخدامات، يقدمان مساهمات مهمة نحو تطوير حل تكنولوجي حيوي لتحدي النفايات البلاستيكية. إن المضي قدمًا بهذه التكنولوجيا الواعدة سيتطلب الآن جهدًا تعاونيًا ومتعدد التخصصات يشمل خبراء التكنولوجيا الحيوية ومهندسي العمليات وعلماء البوليمرات من جميع أنحاء المجتمعات الأكاديمية والصناعية. ومع مواجهة العالم لمشكلة النفايات المتفاقمة، فإن التكنولوجيا الحيوية من الممكن أن توفر حلاً مستداماً بيئياً.