دانشمندان آنزیمی جدید ساخته‌اند که قادر است پلاستیک‌هایی را که معمولا دهه‌ها یا قرن‌ها طول می‌کشد تا تجزیه شود، ظرف چند روز یا حتی چند ساعت تجزیه کند.

این گروه پژوهشی، شامل پژوهشگران دانشگاه تگزاس در آستین می‌گویند این آنزیم جدید به رهایی کره زمین از میلیاردها تن زباله پلاستیکی که همچنان در محل‌های دفع زباله انباشته می‌شوند و زمین و آب را آلوده می‌کنند، کمک می‌کند.

آن‌ها در این مطالعه که روز جمعه در نشریه نیچر منتشر شد می‌گویند این آنزیم به بازیابی و استفاده دوباره از پلاستیک در سطح مولکولی کمک می‌کند و احتمالا بازیافت را در مقیاس بزرگ افزایش می‌دهد و به صنایع امکان می‌دهد اثرات زیست‌محیطی‌شان را کاهش دهند.

هال آلپر، یکی از نویسندگان این مطالعه، در بیانیه‌ای گفت: «امکان استفاده از این فرایند پیشرو بازیافت برای صنایع بی‌شمار است.»

دکتر آلپر گفت: «این فرایند، به غیر از صنعت مدیریت ضایعات، به شرکت‌های هر بخشی فرصت می‌دهد در بازیافت محصولات خود پیشگام شوند. از طریق این رویکردهای آنزیمی پایدارتر می‌توانیم اقتصاد چرخشی واقعی پلاستیک را تصور کنیم.»

آلودگی پلاستیک هر روز زندگی حیات وحش و انسان را بیشتر به مخاطره می‌اندازد. آیا می‌توانیم این را پاک کنیم؟ بعد از جمع‌آوری زباله‌ها با آن‌ها چه کار کنیم؟ با آزمایشگاه‌های الینگتون، لیند و ژانگ آنزیمی تولید کرده‌ایم که پلاستیک پی‌ئی‌تی را تجزیه می‌کند: تجزیه سریع پی‌ئی‌تی.

آزمایشگاه آلپر، ۲۷ آوریل ۲۰۲۲

دانشمندان در این پژوهش اثرات این آنزیم را روی پلی اتیلن فرفتالات (پی‌ئی‌تی) – پلیمر پلاستیکی رایج که در اکثر بسته‌بندی‌های مصرفی مثل بیسکوییت یا کلوچه، بطری نوشابه، بسته‌بندی میوه و سالاد، الیاف و منسوجات خاص یافت می‌شود- که حدود ۱۲ درصد از کل زباله‌های جهان را تشکیل می‌دهد، آزمایش کردند.

دانشمندان از یک مدل هوش مصنوعی (ای‌آی) برای ایجاد جهش‌های جدید در آنزیم طبیعی پتاز استفاده کردند که باکتری‌ها با کمک آن پلاستیک‌های پی‌ئی‌تی را تجزیه می‌کنند.

آن‌ها می‌گویند این مدل هوش مصنوعی پیش‌بینی می‌کند که کدام جهش در آنزیم‌ها در دماهای پایین به هدف تجزیه سریع زباله پلاستیکی پس از مصرف می‌رسد.

از طریق تکامل آنزیم مبتنی بر یادگیری ماشینی، آنزیمی طراحی کردیم که پی‌ئی‌تی پس از مصرف ۵۱ محصول پلاستیکی مختلف را ظرف کمتر از ۲۴ ساعت در شرایط متعادل تجزیه کند. تایم‌لپس تخریب پلاستیک را اینجا ببینید:

آزمایشگاه آلپر، ۲۷ آوریل ۲۰۲۲

آن‌ها می‌گویند با آنزیمی که پژوهشگران آن را تجزیه سریع پی‌ئی‌تی می‌نامند می‌توان به «فرایند چرخشی» کامل برای خرد کردن پلاستیک به قطعات کوچک‌تر دست یافت – فرایندی به نام پلیمریزاسیون.

پس از آن پژوهشگران آن را به روشی شیمیایی طی فرایندی به نام پلیمریزاسیون مجدد دوباره کنار هم قرار می‌دهند.

دانشمندان می‌گویند این آنزیم در برخی موارد «در کمتر از ۲۴ ساعت» به تجزیه کامل پلیمرهای پلاستیک به اجزای تشکیل‌دهنده‌شان کمک می‌کند.

اندرو الینگتون، از دیگر نویسندگان این مطالعه، گفت: «این کار حقیقتا قدرت گردهم آوردن رشته‌های مختلف را نشان می‌دهد، از زیست‌شناسی مصنوعی تا مهندسی شیمی و هوش مصنوعی.»

هونگ یوان، نویسنده اول [این مطالعه]، نمونه‌های پلاستیک برای تخریب را خودش تهیه کرد و گفت: «پلاستیک برای میکروب‌ها است، و غذا برای من». تخریب ۵۱ محصول پلاستیکی پس از مصرف را در این شکل از مقاله‌ای که در نشریه نیچر منتشر شده ببینید.

درحالی که کارشناسان استدلال کرده‌اند کاهش استفاده از پلاستیک راه‌حل پایدارتری نسبت به بازیافت است، مطالعه‌ها نشان می‌دهد کمتر از ۱۰ درصد از پلاستیکی که اکنون در گردش است بازیافت می‌شود.

علاوه بر اینکه پلاستیک را با بقیه مواد در محل دفن زباله می‌ریزند، اکنون آن را بازیافت می‌کنند یا می‌سوزانند که دومی پرهزینه‌تر است و مصرف انرژی بالایی دارد و گازهای مضر را در هوا منتشر می‌کند.

راه‌ حل‌های بیولوژیکی انرژی بسیار کمتری مصرف می‌کند، در حالی که پژوهش روی آنزیم‌ها برای بازیافت پلاستیک در ۱۵ سال گذشته پیشرفت کرده، دانشمندان می‌گویند ساخت آنزیم‌هایی که به‌طور موثر در دمای پایین کار کنند کار دشواری بوده است.

دانشمندان امیدوارند که تجزیه سریع پی‌ئی‌تی به‌طور بالقوه بتواند این شکاف را پر کند و به‌طور موثری پلاستیک را در دمای کمتر از ۵۰ درجه سانتیگراد تجزیه کند.

آن‌ها امیدوارند در آینده بتوانند تولید آنزیم را به‌منظور کاربردهای صنعتی افزایش دهند و راه‌هایی نیز برای استفاده از آن در پاکسازی محیطی بیابند.

دکتر آلپر گفت: «با درنظر گرفتن برنامه‌های پاکسازی محیطی، به آنزیمی نیاز داریم که بتواند در دمای محیط کار کند. این ضرورت همان جایی است که فناوری ما در آینده مزیت بزرگی محسوب می‌شود.»