ایده استقرار آنزیم‌ها برای تجزیه زباله‌های پلاستیکی از طریق یک رشته پیشرفت‌ها که نشان می‌دهد چگونه می‌توانند با افزایش کارایی این کار را انجام دهند و حتی مواد را به مولکول‌های ساده کاهش دهند، شتاب بیشتری می‌گیرد. یک مطالعه جدید یک گام دیگر به جلو را نشان می دهد، با استفاده از دانشمندان از یادگیری ماشینی برای مهندسی آنزیمی که برخی از اشکال پلاستیک را تنها در 24 ساعت تجزیه می کند، با ثباتی که آن را برای پذیرش در مقیاس بزرگ مناسب می کند.
دانشمندان بیش از یک دهه است که در حال بررسی پتانسیل آنزیم‌ها برای کمک به بازیافت پلاستیک بوده‌اند، اما در حدود شش سال گذشته پیشرفت‌های چشمگیری داشته‌اند. در سال 2016، محققان ژاپنی یک باکتری را کشف کردند که از آنزیم هایی برای تجزیه پلاستیک های PET در چند هفته استفاده می کرد. یک نسخه مهندسی شده از این آنزیم ها، به نامPETase ، عملکرد را بیشتر بهبود بخشید و در سال 2020 شاهد بودیم که دانشمندان نسخه ای حتی قدرتمندتر را توسعه دادند که پلاستیک های PET را با سرعت شش برابر هضم می کرد .
تیمی در دانشگاه تگزاس تصمیم گرفتند تا برخی از کاستی‌های این آنزیم‌ها را برطرف کنند. به گفته دانشمندان، استفاده از این فناوری به دلیل ناتوانی در عملکرد خوب در دماهای پایین و محدوده‌های pH مختلف، عدم اثربخشی مستقیم در مقابله با زباله‌های پلاستیکی تصفیه‌نشده و سرعت واکنش کند، متوقف شده است.
برای حل این مشکلات، تیم یک مدل یادگیری ماشینی را توسعه داد که می‌توانست پیش‌بینی کند کدام جهش در آنزیم PETase این قابلیت‌ها را به آن می‌دهد. این شامل مطالعه دقیق طیف وسیعی از محصولات پلاستیکی PET، از جمله ظروف، بطری‌های آب و پارچه‌ها، و سپس استفاده از مدل برای طراحی و مهندسی آنزیمی جدید و بهبود یافته به نام FAST-PETase (PETase عملکردی، فعال، پایدار و متحمل) بود.
این آنزیم تازه ایجاد شده در تجزیه پلاستیک های PET در دماهای بین 30 تا 50 درجه سانتیگراد (86 و 122 درجه فارنهایت) و در طیف وسیعی از سطوح pH برتری دارد. توانست تقریباً به طور کامل 51 محصول مختلف PET درمان نشده را در عرض یک هفته تجزیه کند و در برخی آزمایش‌ها پلاستیک‌ها را در کمتر از 24 ساعت تجزیه کرد. دانشمندان همچنین یک فرآیند بازیافت PET با حلقه بسته را نشان دادند که در آن از FAST-PETase برای تجزیه پلاستیک ها و سپس مونومرهای بازیافت شده برای بازسازی شیمیایی مواد استفاده شد.
هال آلپر، نویسنده این مطالعه، گفت: "هنگامی که برنامه های پاکسازی محیطی را در نظر می گیریم، به آنزیمی نیاز دارید که بتواند در دمای محیط در محیط کار کند."
با توانایی تجزیه سریع زباله های پلاستیکی پس از مصرف در دماهای پایین، محققان بر این باورند که آنها به روشی دست یافته اند که قابل حمل، مقرون به صرفه و قابل استفاده در مقیاس صنعتی است. آنها حق ثبت اختراع این فناوری را به ثبت رسانده اند و امیدوارند شاهد استفاده از آن در محل های دفن زباله و مناطق آلوده باشند.
آلپر گفت: "امکانات برای استفاده از این فرآیند بازیافت پیشرو در صنایع بی پایان است." فراتر از صنعت مدیریت پسماند آشکار، این همچنین به شرکت‌های هر بخش این فرصت را می‌دهد تا در بازیافت محصولات خود پیشگام شوند. از طریق این رویکردهای آنزیمی پایدارتر، می‌توانیم یک اقتصاد دایره‌ای پلاستیکی واقعی را تصور کنیم.»
این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است، در حالی که ویدیوی زیر یک نمای کلی از پیشرفت را ارائه می دهد.
منبع: دانشگاه تگزاس

source