Hvordan plastikspisende bakterier faktisk fungerer - forklarer en kemiker

De plastikflasker, vi smider ud i dag, vil eksistere i hundreder af år. Det er en af ​​hovedårsagerne til, at monteringsproblemet med plastikforurening, som har en dødelig virkning på livet i havet, er så alvorlig.

Men forskere opdagede for nylig en bakteriestamme, der bogstaveligt talt kan spise den plastik, der bruges til at fremstille flasker, og har nu forbedret det for at få det til at virke hurtigere. Effekterne er beskedne – det er ikke en komplet løsning på plastikforurening – men det viser, hvordan bakterier kan være med til at skabe mere miljøvenlig genbrug.

Plast er komplekse polymerer, hvilket betyder at de er lange, gentagne kæder af molekyler, der ikke opløses i vand. Styrken af ​​disse kæder gør plastik meget holdbart og betyder, at det tager meget lang tid at nedbrydes naturligt. Hvis de kunne nedbrydes til deres mindre, opløselige kemiske enheder, så kunne disse byggeklodser høstes og genanvendes for at danne ny plast i et lukket kredsløb.

I 2016 videnskabsmænd fra Japan testede forskellige bakterier fra et flaskegenbrugsanlæg og fandt ud af det Ideonella sakaiensis 201-F6 kunne fordøje den plastik, der bruges til at fremstille engangsdrikflasker, polyethylenterephthalat (PET). Det virker ved at udskille et enzym (en type protein, der kan fremskynde kemiske reaktioner), kendt som PETase. Dette splitter visse kemiske bindinger (estere) i PET, efterlader mindre molekyler, som bakterierne kan absorbere, ved at bruge kulstoffet i dem som fødekilde.

Selvom andre bakterielle enzymer allerede var kendt for langsomt at fordøje PET, det nye enzym havde tilsyneladende udviklet sig specifikt til dette job. Dette tyder på, at det kan være hurtigere og mere effektivt og så har potentialet til brug i bio-genbrug.

Som resultat, flere hold har forsøgt at forstå præcis, hvordan PETase virker ved at studere dets struktur. I de seneste 12 måneder, grupper fra Korea, Kina og Storbritannien, USA og Brasilien har alle publiceret arbejde, der viser enzymets struktur i høj opløsning og analyserer dets mekanismer.

Disse papirer viser, at den del af PETase-proteinet, der udfører den kemiske fordøjelse, er fysisk skræddersyet til at binde til PET-overflader og virker ved 30°C, gør den velegnet til genanvendelse i bioreaktorer. To af holdene viste også, at ved subtilt at ændre enzymets kemiske egenskaber, så det interagerer med PET anderledes, fik det til at virke hurtigere end den naturlige PETase.

At bruge enzymer fra bakterier i bioreaktorer til at nedbryde plastik til genbrug er stadig lettere sagt end gjort. De fysiske egenskaber af plast gør dem meget vanskelige for enzymer at interagere med.

PET, der bruges i drikkevareflasker, har en semi-krystallinsk struktur, hvilket betyder, at plastikmolekylerne er tætpakket og svære for enzymet at komme til. Den seneste undersøgelse viser, at det forstærkede enzym sandsynligvis fungerede godt, fordi den del af molekylet, der er involveret i reaktionen, er meget tilgængelig, gør det nemt for enzymet at angribe selv de nedgravede PET-molekyler.

Beskedne forbedringer

Forbedringerne af PETase-aktiviteten var ikke dramatiske, og vi er ikke i nærheden af ​​en løsning på vores plastikkrise. Men denne forskning hjælper os med at forstå, hvordan dette lovende enzym nedbryder PET og antyder, hvordan vi kunne få det til at virke hurtigere ved at manipulere dets aktive dele.

Det er relativt usædvanligt at være i stand til at konstruere enzymer til at virke bedre, end de har udviklet sig gennem naturen. Måske afspejler denne præstation det faktum, at de bakterier, der bruger PETase, først for nylig er udviklet til at overleve på denne menneskeskabte plast. Dette kunne give forskere en spændende mulighed for at overhale evolutionen ved at udvikle optimerede former for PETase.

Der er én bekymring, selvom. Mens alle modificerede bakterier, der anvendes i bioreaktorer, sandsynligvis vil være stærkt kontrolleret, det faktum, at det udviklede sig til at nedbryde og forbruge plastik i første omgang, tyder på, at dette materiale, vi stoler så meget på, måske ikke er så holdbart, som vi troede.

Hvis flere bakterier begyndte at spise plastik i naturen, kan produkter og strukturer, der er designet til at holde i mange år, blive truet. Plastindustrien vil stå over for den alvorlige udfordring at forhindre, at dens produkter bliver forurenet med sultne mikroorganismer.

Erfaringer fra antibiotika lærer os, at vi er langsomme til at overliste bakterier. Men måske vil undersøgelser som disse give os et forspring.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.