Phát hiện enzyme ‘ăn nhựa’ làm giảm ô nhiễm môi trường

Phát hiện enzyme ‘ăn nhựa’ làm giảm ô nhiễm môi trường
Chuyên mục: Tin tức Ngày đăng: 30/11/2019

Chỉ do tình cờ, các nhà khoa học Vương quốc Anh, phối hợp với Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo quốc gia của Bộ Năng lượng Mỹ đã phát triển được một loại enzyme đột biến có thể phân hủy các chai nhựa PET (polyethylene terephthalate) vẫn được sử dụng trong công nghiệp nước uống các loại (311 triệu tấn), tức gần một phần sáu sản lượng nhựa hàng năm của thế giới.

Loại enzyme đột biến 'ăn' nhựa hoạt động như thế nào? - 1

Con người thật bé nhỏ trong biển… nhựa mênh mông.

Khám phá lịch sử này đã mở ra cánh cửa cho một giải pháp rẻ tiền và hiệu quả về sự ô nhiễm nhựa khủng khiếp đang làm nghẹt thở các đại dương cùng giết chết các loài sinh vật biển. Hằng năm, con người đã thải ra các đại dương một số lượng rác thải nhựa lên tới 8 triệu tấn, và phải mất hằng mấy trăm năm số lượng rác thải này mới có thể phân hủy, nghĩa là chúng vẫn tồn tại trong khi có tới mấy đời người đã “ra đi”.

Thống kê cho thấy có hơn một triệu chai nhựa PET được bán ra mỗi phút trên toàn cầu, trong số lượng này, chỉ có khoảng 14 % được tái chế. Nếu chỉ tính riêng với 40 % số lượng bao bì hiện đang được sử dụng, con số này lên tới 500 tỷ chai lọ hoặc túi xách mỗi năm, tức 1 triệu chai lọ hoặc túi xách mỗi phút, và mỗi một đơn vị sử dụng này có “vòng đời” ngắn ngủi chỉ trong 15 phút! Trong số này, chai lọ chiếm hết 57 %, mà chỉ trong năm 2014 đã bán ra tới 57,3 tỷ chai so với con số 3,8 tỷ vào năm 1996.

Loại enzyme đột biến 'ăn' nhựa hoạt động như thế nào? - 2

Mô hình hoạt động và cấu trúc hóa học của enzyme I. sakaiensis.

Công trình nghiên cứu này được gợi ý do từ sự khám phá của các nhà khoa học Nhật Bản về loại vi khuẩn đầu tiên đã phát triển trong tự nhiên có tính năng “ăn” nhựa tại các bãi rác ở Nhật vào năm 2016. Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Kyoto và Đại học Keio, sau khi lấy mẫu các mảnh vỡ PET để tìm kiếm loại vi khuẩn dựa vào nhựa để phát triển carbon.

Trước tiên, nó sử dụng PETase, một loại enzyme hoạt động với nước, để phá vỡ nhựa PET. Sau đó nó tiếp tục phá vỡ PETase bằng cách sử dụng MHETase, một loại enzyme khác cũng phản ứng với nước để phân hủy nhựa thành acid terephthalic và ethylene glycol, là những chất không gây ra mối đe dọa cho môi trường.

Loại vi khuẩn này được đặt tên là Ideonella sakaiensis 201-F6. Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng vi khuẩn này đã phát triển các enzyme đặc biệt có khả năng phá vỡ cấu trúc PET để đáp ứng với sự tích tụ của nhựa trong môi trường trong 70 năm qua.

Cuộc nghiên cứu đã phát hiện thấy Ideonella sakaiensis gần như đã phân hủy hoàn toàn loại nhựa PET chất lượng thấp chỉ trong vòng sáu tuần, chứng tỏ chúng rất phàm ăn khi so sánh với các tác nhân sinh học khác.

TS. Tracy Mincer, một nhà nghiên cứu tại Viện Hải dương học Woods Hole (Massachusetts, Mỹ) cho biết: “Đây là nghiên cứu nghiêm ngặt đầu tiên cho thấy rằng nhựa đã bị phân hủy bởi vi khuẩn”.

Theo GS. Uwe Bornscheuer tại Khoa Công nghệ sinh học & Enzyme Catalysis, Viện Hóa sinh, Đại học Greifswald (Liên bang Đức), “Các phân tử tạo thành nhựa PET có tính liên kết rất mạnh, cho đến nay vẫn không một sinh vật nào có thể phân hủy được nó”.

Loại enzyme đột biến 'ăn' nhựa hoạt động như thế nào? - 3

Hình ảnh qua kính hiển vi cho thấy I. sakaiensis (màu xanh) đang xâm thực nhựa PET (màu xám).

Còn theo Oliver Jones, một nhà hóa học tại Đại học RMIT, tuy không tham gia vào công trình nghiên cứu, đây là một phát hiện rất thú vị, vì enzyme này không độc hại, có tính phân hủy sinh học và có thể được sản xuất với số lượng lớn.

Trong công cuộc nghiên cứu quốc tế này, các nhà khoa học đã điều chỉnh I. sakaiensis để xem nó đã tiến hóa như thế nào, nhưng các xét nghiệm lại cho thấy họ đã vô tình làm cho phân tử này có tính năng phá vỡ PET còn mạnh hơn trước.

GS. John McGeehan (Đại học Portsmouth, Vương quốc Anh), người đứng đầu công cuộc nghiên cứu, phát biểu: “Đây thực sự là một phát hiện tuyệt vời và cũng thật sốc. Vì các enzyme này chỉ cần một vài ngày là bắt đầu phá vỡ nhựa, nhanh hơn rất nhiều so với thế kỷ trước, khi nó xuất hiện trong các đại dương”.

Phát hiện này là một triển vọng lớn giúp bảo vệ môi trường cho hành tinh xanh, vì với I. sakaiensis, chúng ta sẽ đưa các chai lọ PET trở lại với thành phần ban đầu của chúng rồi tái chế thành chai lọ PET trở lại. Điều này cũng có nghĩa chúng ta sẽ không cần phải khai thác thêm dầu nữa cũng như giảm được lượng nhựa vẫn thải loại vào môi trường