العلماء يبتكرون إنزيمًا جديدًا يقضي على البلاستيك

تشكّل النفايات البلاستيكية تحدّيًا بيئيًّا، ويوفّر التحليل الأنزيمي مسارًا، قد يكون صديقًا للبيئة ومتطورًا، لإعادة تدوير نفايات البوليسترات. إذ يمثّل البولي إيتيلين تيريفتالات (PET: Polyethylene Terephthalate) %12 من النفايات الصلبة العالميّة، ويمكن نظريًّا تحقيق الاقتصاد الكربوني الدائري للـ PET من خلال إزالة سريعة للبلمرة الأنزيميّة وثمّ إعادة البلمرة (أو التحويل/ التثمين) إلى منتجات أخرى. ومع ذلك، أُعيق تطبيق الأنزيمات الطبيعيّة، المسماة PET hydrolases (وهي أنزيمات تسرّع التحلّل)، بسبب افتقارها إلى المتانة فيما يخصّ نطاقات الرقم الهيدروجيني pH ودرجة الحرارة، ومعدلات التفاعل البطيئة، وعدم القدرة على الاستخدام المباشر للبلاستيكيات غير المُعالجة بعد الاستهلاك. وفي بحثٍ جديدٍ، استخدم فريق من العلماء من جامعة تكساس في أوستن خوارزميّةَ التعليم الآلي التي ترتكز على البنية لتصميم أنزيمات متينة ونَشِطة وأسموها FAST-PETase وقد تشكّلت كلمة fast من (fuctional, active, stable and tolerant) أيّ وظيفيّة، ونَشِطة، وثابتة وقادرة على تحمّل التغيرات.

قال البروفيسور هال آلبر، الباحث في كلية ماكيتا للهندسة الكيميائيّة في جامعة تكساس في أوستن: «إنّ الاحتمالات عبر الصناعات للاستفادة من عملية إعادة التدوير الرائدة هذه لا حصر لها. وإلى جانب صناعة إدارة النفايات الجليّة، توفّر هذه أيضًا للشركات -من كلّ قطاع- فرصة أخذ زمام المبادرة في إعادة تدوير منتجاتها. ويمكننا البدء في تصوّر اقتصادٍ بلاستيكيٍّ دائريٍ حقيقيّ، من خلال هذه الأساليب الأنزيميّة المُستدامة».

وركّز البروفيسور آلبر وزملاؤه على PET، وهو بوليمير مهمٌّ يوجد في معظم معلّبات الاستهلاك، بما في ذلك علب البسكويت، وعبوات المشروبات الغازيّة، ومعلّبات الفاكهة والخضار، وبعض الألياف والمنسوجات، والذي يشكّل 12% من جميع النفايات العالميّة.

وكان الإنزيم قادرًا على إكمال عمليّة تفكيك البلاستيك إلى جزيئاتٍ أصغر (إزالة البلمرة)، ثمّ إعادة جمعها كيميائيًّا (إعادة البلمرة). وفي بعض الحالات، كان بالإمكان تفكيك هذه البلاستيكيّات بشكلٍ كليٍّ إلى مونومير في أقل من 24 ساعة.

واستخدم الباحثون نموذجَ تعلّمٍ آليّ لابتكار طفراتٍ جديدةٍ للإنزيم المصنوع PETase يسمح للبكتيريا بتحليل بلاستيك PET. ويتوقّع النموذج أيّ طفراتٍ في هذه الأنزيمات ستحقّق الهدف سريعًا بإزالة بلمرة النفايات البلاستيكيّة المُستهلكة على درجة حرارةٍ منخفضة.

وقد أثبت المؤلّفون فعالية هذا الأنزيم من خلال عمليّةٍ تضمّنت دراسةَ 51 حاويةٍ مختلفةٍ للمواد البلاستيكيّة المُستهلكة، وخمسة أليافٍ وأقمشةٍ بولستريّةٍ مختلفة، وعبوات مياهٍ مصنوعة كلّها من PET.

وقال البروفيسور أندرو إلنغتون، الباحث في كليّة العلوم البيولوجية الجزيئيّة في جامعة تكساس في أوستن: «يوضح هذا العمل حقًّا قوة الجمع بين تخصصاتٍ مختلفةٍ، من البيولوجيا التركيبية إلى الهندسة الكيميائيّة إلى الذكاء الاصطناعي».