Kako zapravo djeluju bakterije koje jedu plastiku – objašnjava kemičar

Znanstvenici su otkrili novu tehniku koja bi mogla pomoći u stvaranju ekološki prihvatljivijeg recikliranja

Plastične boce koje danas bacamo postojat će stotinama godina. To je jedan od ključnih razloga zašto je rastući problem plastičnog onečišćenja, koji ima smrtonosan učinak na život u moru, tako ozbiljan.

No znanstvenici su nedavno otkrili soj bakterija koji doslovno može jesti plastiku koja se koristi za izradu boca, a sada su ga poboljšali kako bi brže funkcionirao. Učinci su skromni – to nije potpuno rješenje za onečišćenje plastikom – ali pokazuje kako bakterije mogu pomoći u stvaranju ekološki prihvatljivijeg recikliranja .

Plastika je složeni polimer, što znači da se radi o dugim, ponavljajućim lancima molekula koji se ne otapaju u vodi. Snaga ovih lanaca čini plastiku vrlo izdržljivom i znači da joj je potrebno jako puno vremena da se prirodno razgradi. Kad bi se mogli rastaviti na manje, topljive kemijske jedinice, tada bi se ti građevni blokovi mogli sakupiti i reciklirati kako bi se stvorila nova plastika u sustavu zatvorene petlje.

U 2016. znanstvenici iz Japana testirali su različite bakterije iz tvornice za reciklažu boca i otkrili da Ideonella sakaiensis 201-F6 može probaviti plastiku koja se koristi za izradu jednokratnih boca za piće, polietilen tereftalat (PET). Djeluje lučenjem enzima (vrsta proteina koji može ubrzati kemijske reakcije) poznatog kao PETase. Ovo razdvaja određene kemijske veze (estere) u PET-u, ostavljajući manje molekule koje bakterije mogu apsorbirati, koristeći ugljik u njima kao izvor hrane.

Iako je već poznato da drugi bakterijski enzimi sporo probavljaju PET, novi enzim je očito evoluirao posebno za ovaj posao. To sugerira da bi mogao biti brži i učinkovitiji te stoga imati potencijal za korištenje u bio-recikliranju.

Kao rezultat toga, nekoliko timova je pokušavalo shvatiti kako točno PETase radi proučavajući njenu strukturu. U proteklih 12 mjeseci, grupe iz Koreje, Kine i Ujedinjenog Kraljevstva, SAD-a i Brazila objavile su radove koji prikazuju strukturu enzima u visokoj rezoluciji i analiziraju njegove mehanizme.

Ovi radovi pokazuju da je dio proteina PETase koji obavlja kemijsku probavu fizički prilagođen za vezanje na PET površine i radi na 30C, što ga čini prikladnim za recikliranje u bioreaktorima. Dva tima također su pokazala da je suptilna promjena kemijskih svojstava enzima tako da je u interakciji s PET-om drugačija omogućila da radi brže od prirodne PETase.

Korištenje enzima iz bakterija u bioreaktorima za razgradnju plastike za recikliranje još uvijek je lakše reći nego učiniti. Fizička svojstva plastike čine vrlo teškom interakciju enzima s njima.

PET koji se koristi u bocama za piće ima polukristalnu strukturu, što znači da su plastične molekule tijesno pakirane i enzimu je teško doći do njih. Najnovija studija pokazuje da je poboljšani enzim vjerojatno dobro funkcionirao jer je dio molekule koji je uključen u reakciju vrlo dostupan, što enzimu olakšava napad čak i na zakopane molekule PET-a.

Skromna poboljšanja

Poboljšanja aktivnosti PETase nisu bila dramatična i nismo ni blizu rješenja naše plastične krize. Ali ovo istraživanje nam pomaže razumjeti kako ovaj obećavajući enzim razgrađuje PET i nagovještava kako bismo mogli ubrzati njegov rad manipulirajući njegovim aktivnim dijelovima.

Relativno je neobično biti u mogućnosti projektirati enzime da rade bolje nego što su evoluirali kroz prirodu. Možda ovo postignuće odražava činjenicu da su bakterije koje koriste PETase tek nedavno evoluirale da prežive na ovoj umjetnoj plastici. Ovo bi znanstvenicima moglo dati uzbudljivu priliku da prestignu evoluciju inženjeringom optimiziranih oblika PETaze.

Ipak postoji jedna briga. Iako će sve modificirane bakterije koje se koriste u bioreaktorima vjerojatno biti vrlo kontrolirane, činjenica da su evoluirale da razgrađuju i konzumiraju plastiku na prvom mjestu sugerira da ovaj materijal na koji se toliko oslanjamo možda nije tako izdržljiv kao što smo mislili.

Kad bi više bakterija počelo jesti plastiku u divljini, tada bi proizvodi i strukture dizajnirani da traju mnogo godina mogli doći u opasnost. Industrija plastike suočila bi se s ozbiljnim izazovom sprječavanja kontaminacije svojih proizvoda gladnim mikroorganizmima.

Lekcije iz antibiotika uče nas da sporo nadmudrimo bakterije. Ali možda će nam studije poput ovih dati prednost.