นักวิทยาศาสตร์คิดค้นโพลีเมอเรสชนิดใหม่เพื่อย่อยสลายขยะพลาสติกในเวลาเพียงไม่กี่วัน

นักวิทยาศาสตร์ได้รับแรงบันดาลใจจาก Pac-Man และคิดค้น "ค็อกเทล" แบบกินพลาสติกซึ่งอาจช่วยกำจัดขยะพลาสติกได้

ประกอบด้วยเอนไซม์สองชนิด -Petase และ MHETase ที่ผลิตโดยแบคทีเรียที่เรียกว่า Ideonella sakaiensis ซึ่งกินบนขวดพลาสติก

ซึ่งแตกต่างจากการย่อยสลายตามธรรมชาติซึ่งใช้เวลาหลายร้อยปีซุปเปอร์เอนไซม์นี้สามารถเปลี่ยนพลาสติกให้เป็น "ส่วนประกอบ" ดั้งเดิมได้ภายในไม่กี่วัน

เอนไซม์ทั้งสองนี้ทำงานร่วมกันเช่น "Pac-Man สองตัวที่เชื่อมต่อกันด้วยสาย" เคี้ยวบนลูกของว่าง

ซุปเปอร์เอนไซม์ตัวใหม่นี้ย่อยสลายพลาสติกได้เร็วกว่าเอนไซม์ PETase เดิม 6 เท่าที่ค้นพบในปี 2018

เป้าหมายคือโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) ซึ่งเป็นเทอร์โมพลาสติกที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตขวดเครื่องดื่มเสื้อผ้าและพรมแบบใช้แล้วทิ้งซึ่งโดยปกติจะใช้เวลาหลายร้อยปีในการย่อยสลายในสิ่งแวดล้อม

ศาสตราจารย์ John McGeehan จาก University of Portsmouth บอกกับสำนักข่าว PA ว่าในปัจจุบันเราได้รับทรัพยากรพื้นฐานเหล่านี้จากแหล่งฟอสซิลเช่นน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ สิ่งนี้ไม่ยั่งยืนแน่นอน

“ แต่ถ้าเราสามารถเพิ่มเอนไซม์ลงในขยะพลาสติกได้เราจะสามารถทำลายมันได้ในไม่กี่วัน”

ในปี 2018 ศาสตราจารย์ McGeehan และทีมของเขาได้พบกับเอนไซม์รุ่นดัดแปลงที่เรียกว่า PETase ซึ่งสามารถสลายพลาสติกได้ในเวลาเพียงไม่กี่วัน

ในการศึกษาครั้งใหม่ทีมวิจัยได้ผสม PETase กับเอนไซม์อื่นที่เรียกว่า MHETase และพบว่า "ความสามารถในการย่อยได้ของขวดพลาสติกเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่า"

จากนั้นนักวิจัยใช้พันธุวิศวกรรมเพื่อเชื่อมโยงเอนไซม์ทั้งสองนี้เข้าด้วยกันในห้องปฏิบัติการเช่นเดียวกับ "การเชื่อมต่อ Pac-Man สองตัวด้วยเชือก"

"PETase จะกัดกร่อนพื้นผิวของพลาสติกและ MHETase จะตัดออกไปอีกดังนั้นดูว่าเราสามารถใช้ร่วมกันเพื่อเลียนแบบสถานการณ์ในธรรมชาติได้หรือไม่ดูเหมือนเป็นธรรมชาติ" ศาสตราจารย์ McGeehan กล่าว

"การทดลองครั้งแรกของเราแสดงให้เห็นว่าพวกเขาทำงานร่วมกันได้ดีขึ้นดังนั้นเราจึงตัดสินใจที่จะพยายามเชื่อมโยงเข้าด้วยกัน"

"เรารู้สึกยินดีเป็นอย่างยิ่งที่ได้เห็นว่าเอนไซม์ไคเมอริกใหม่ของเราเร็วกว่าเอนไซม์ไอโซเลตที่มีวิวัฒนาการตามธรรมชาติถึง 3 เท่าซึ่งจะเปิดช่องทางใหม่สำหรับการปรับปรุงเพิ่มเติม"

ศาสตราจารย์ McGeehan ยังใช้ Diamond Light Source ซึ่งเป็นซินโครตรอนที่ตั้งอยู่ในอ็อกซ์ฟอร์ดเชียร์ มันใช้รังสีเอกซ์ทรงพลังที่สว่างกว่าดวงอาทิตย์ถึง 10 พันล้านเท่าเป็นกล้องจุลทรรศน์ซึ่งมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะมองเห็นอะตอมแต่ละตัว

สิ่งนี้ช่วยให้ทีมวิจัยสามารถกำหนดโครงสร้างสามมิติของเอนไซม์ MHETase และจัดหาพิมพ์เขียวโมเลกุลเพื่อเริ่มออกแบบระบบเอนไซม์ที่เร็วขึ้น

นอกจาก PET แล้วซูเปอร์เอนไซม์นี้ยังสามารถใช้กับ PEF (โพลีเอทิลีนฟูราเนต) ซึ่งเป็นพลาสติกชีวภาพจากน้ำตาลที่ใช้สำหรับขวดเบียร์แม้ว่าจะไม่สามารถสลายพลาสติกประเภทอื่นได้

ขณะนี้ทีมงานกำลังมองหาวิธีที่จะเร่งกระบวนการย่อยสลายให้เร็วขึ้นเพื่อให้เทคโนโลยีสามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้

“ ยิ่งเราสร้างเอนไซม์ได้เร็วเท่าไหร่เราก็ยิ่งย่อยสลายพลาสติกได้เร็วขึ้นเท่านั้นและความสามารถในเชิงพาณิชย์ก็จะยิ่งสูงขึ้น” ศาสตราจารย์แมคจีฮานกล่าว

งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Proceedings of the National Academy of Sciences