الإنزيم آكل البلاستيك.. حل سحري صديق للبيئة

يمكن لمتغير الإنزيم الذي طوره المهندسون والعلماء في جامعة "تكساس" الأمريكية، أن يكسر المواد البلاستيكية التي تخنق البيئة.

ويساعد هذا الاكتشاف، الذي نشر تفاصيله الموقع الرسمي للجامعة، في حل واحدة من أكثر المشاكل البيئية إلحاحا في العالم، حيث تتراكم سنويا مليارات الأطنان من النفايات البلاستيكية في مقالب القمامة لتلوث أراضينا الطبيعية ومياهنا، وتحتاج عادة إلى قرون لتتحلل، وهو ما يفعله الإنزيم الجديد في غضون ساعات إلى أيام.

• دراسة صادمة.. جزيئات البلاستيك تتسلل لدماء البشر لأول مرة 

ويمتلك الإنزيم القدرة على زيادة إعادة التدوير على نطاق واسع، مما يسمح للصناعات الكبرى بتقليل تأثيرها البيئي من خلال استعادة البلاستيك وإعادة استخدامه على المستوى الجزيئي.

ويقول هال ألبر، أستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة تكساس: "توفر الأساليب الأنزيمية الجديدة عملية رائدة لإعادة التدوير يمكن للصناعات الاستفادة منها، فبخلاف إدارة النفايات، توفر هذه الأساليب للشركات الفرصة لأخذ زمام المبادرة في إعادة تدوير منتجاتها، بطريقة أكثر استدامة، بما يمكننا من البدء في اقتصاد بلاستيكي دائري حقيقي".

ويركز المشروع على البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، وهو بوليمر مهم موجود في معظم عبوات البلاستيك الشائعة، بما في ذلك زجاجات الصودا وتغليف الفاكهة والسلطة وبعض الألياف والمنسوجات، ويشكل 12% من جميع النفايات العالمية.

وكان الإنزيم قادرًا على إكمال "عملية دائرية" لتحطيم البلاستيك إلى أجزاء أصغر (إزالة البلمرة) ثم إعادة تجميعه كيميائيا (إعادة البلمرة)، وفي بعض الحالات، يمكن تفكيك هذه المواد البلاستيكية بالكامل إلى مونومرات (أحادية الجزيء) في أقل من 24 ساعة.

واستخدم الباحثون خلال الدراسة نموذجًا للتعلم الآلي لتوليد طفرات جديدة في إنزيم طبيعي يسمى (PETase) الذي يسمح للبكتيريا بتحلل بلاستيك البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) .

ويتنبأ النموذج بأي طفرات في هذه الإنزيمات تحقق هدف إزالة بلمرة نفايات البلاستيك بعد الاستهلاك بسرعة في درجات حرارة منخفضة.

ومن خلال هذه العملية، التي تضمنت دراسة 51 حاوية بلاستيكية مختلفة بعد الاستهلاك وخمسة ألياف وأقمشة بوليستر مختلفة وزجاجات مياه كلها مصنوعة من البولي إيثيلين تيريفثاليت، أثبت الباحثون فعالية الإنزيم الذي يسمونه (FAST-PETase).

ويقول أندرو إلينجتون، الأستاذ في مركز الأنظمة والبيولوجيا التركيبية الذي قاد فريقه تطوير نموذج التعلم الآلي: "يوضح هذا العمل حقًا قوة الجمع بين التخصصات المختلفة، من البيولوجيا التركيبية إلى الهندسة الكيميائية إلى الذكاء الاصطناعي، لتطوير عملية إعادة التدوير.

وإعادة التدوير هي الطريقة الأكثر مراعاة للبيئة لتقليل النفايات البلاستيكية، ولكن على مستوى العالم، تتم إعادة تدوير أقل من 10٪ من إجمالي البلاستيك.

والطريقة الأكثر شيوعا للتخلص من البلاستيك، بالإضافة إلى رميه في مكب النفايات، هي حرقه، وهو أسلوب مكلف ويستهلك الكثير من الطاقة ويطلق غازات ضارة في الهواء. وتشمل العمليات الصناعية البديلة الأخرى عمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة مثل تحلل السكر أو الانحلال الحراري أو تحلل الميثان.

وتستهلك الحلول البيولوجية طاقة أقل بكثير، وتقدمت الأبحاث حول إنزيمات إعادة تدوير البلاستيك خلال 15 عاما الماضية.

ومع ذلك، حتى الآن، لم يكن أحد قادرا على معرفة كيفية صنع الإنزيمات التي يمكن أن تعمل بكفاءة في درجات حرارة منخفضة لجعلها متاحة وبأسعار معقولة على نطاق صناعي كبير. ويمكن لإنزيم (FAST-PETase) إجراء العملية في أقل من 50 درجة مئوية.

ويخطط الفريق البحثي بعد ذلك، للعمل على زيادة إنتاج الإنزيم للتحضير للتطبيق الصناعي والبيئي، وقدم الباحثون طلب براءة اختراع لهذه التكنولوجيا.