כיצד פועלים החיידקים האוכלים פלסטיק? כימאית מסבירה

מדענים גילו לאחרונה זן של חיידקים שיכולים ממש לאכול את הפלסטיק המשמש לייצור בקבוקים, ואפילו שיפרו אותם כדי להאיץ את התהליך

מאת אמילי פלשמן, עמיתת מחקר באנזיולוגיה, אוניברסיטת אוקספורד

בקבוקי הפלסטיק שאנחנו זורקים היום ישרדו מאות שנים . זוהי אחת הסיבות העיקריות מדוע בעיית זיהום פלסטיק, אשר לה השפעה קטלנית על החיים הימיים , כל כך רצינית.

ואולם מדענים גילו לאחרונה זן של חיידקים שיכולים ממש לאכול את הפלסטיק המשמש לייצור בקבוקים, ואפילו שיפרו אותם כדי להאיץ את התהליך. נכון, ההשפעות עדיין צנועות – זה לא פתרון מלא לזיהום הפלסטיק – אבל התגלית מראה כיצד חיידקים יכולים לעזור ליצור מיחזור ידידותי יותר לסביבה.

פלסטיקים הם פולימרים מורכבים, כלומר ארוכים. מדובר בשרשרות חוזרות של מולקולות שאינן מתמוססות במים. כוחן של רשתות המולקולות הללו גורם לפלסטיק להיות עמיד והמשמעות היא שלוקח לו המון זמן להתפרק באופן טבעי. אם ניתן היה לפרק אותם ליחידות הכימיות הקטנות והמסיסות שלהם, ניתן היה “לקצור: את אבני הבניין הללו ולמחזר אותן כדי ליצור פלסטיק חדש במערכת סגורה.

בשנת 2016, בדקו מדענים מיפן חיידקים שונים במפעל למיחזור בקבוקים ומצאו כי Ideonella sakaiensis 201-F6 יכול לעכל את הפלסטיק המשמש לייצור בקבוקי משקאות חד-פעמיים, פוליאתילן טרפת’לאט (PET). החיידק מפריש אנזים (סוג של חלבון שיכול לזרז תגובות כימיות) המכונה PETase. אנזים זה מפצל קשרים כימיים מסוימים (אסטרים) ב- PET, ומשאיר בסוף התהליך מולקולות קטנות יותר שהחיידקים יכולים לספוג, ולהפוך את הפחמן שלהם למזון.

למרות שכבר היו מוכרים אנזימים מחיידקים אחרים שיודעים לעכל PET לאט, האנזים החדש התפתח כנראה במיוחד עבור מטרה זו. הוא עשוי להיות מהיל ויעיל יותר ולכן יש לו פוטנציאל לשמש למיחזור ביולוגי של פלסטיק.

כתוצאה מכך, כמה צוותים מנסים להבין בדיוק איך פועל PETase על ידי לימוד המבנה שלו. ב -12 החודשים האחרונים פרסמו קבוצות מקוריאה , סין, בריטניה, ארה”ב וברזיל פרסמו את כל עבודותיהן המציגות את מבנה האנזים ברזולוציה גבוהה ומנתחים את המנגנונים שלו.

מסמכים אלה מראים כי חלק מחלבון PETase שמבצע את העיכול הכימי מותאם פיזית להצמד למשטחי PET בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס. שני צוותים גם הראו כי על ידי שינוי עדין של התכונות הכימיות של האנזים הוא מסוגל להגיב עם משטחי PET הרבה יותר מהר מאשר PETase טבעי.

השימוש באנזימים של חיידקים בכורים ביולוגיים כדי לשבור פלסטיק לצורך מיחזורו עדיין לא פשוטה משום שהתכונות הפיזיקליות  של הפלסטיק גורמות לתגובות של האנזים איתו להיות קשה.

ל- PET המשמש בקבוקי משקאות יש מבנה גבישי למחצה, כלומר מולקולות פלסטיק צפופות וקשה לאנזים לחדור פנימה המחקר האחרון מראה כי האנזים המשופר כנראה עבד היטב כי החלק של המולקולה שמעורב בתגובות נגיש מאוד, מה שמקל על האנזים לתקוף אפילו מולקולות PET קבורות.

שיפורים צנועים

השיפורים בפעילות PETase לא היו דרמטיים, ואנחנו עדיין רחוקים מפתרון משבר הפלסטיק שלנו. אבל מחקר זה מסייע לנו להבין איך זה אנזים מבטיח לפרוץ את מולקולות ה- PET וקיבלו רמזים איך נוכל לגרום לו לעבוד מהר יותר באמצעות מניפולציות על החלקים הפעילים של האנזים.

הינדוס של אנזימים כך שיעבדו יותר טוב מאשר בטבע הוא הישג נדיר. אולי הדבר נובע מכך שהחיידקים שמשתמשים ב- PETase התפתחו רק לאחרונה כדי לחיות מהפלסטיק מעשה ידי אדם. התהליך יכול לתת למדענים הזדמנות מרגשת לעקוף את האבולוציה על ידי הנדסה של צורות אופטימליות יותר של PETase.

אבל יש דאגה אחת. בעוד השימוש בחיידקים כאלה בביו ריאקטורים צפוי להיות מבוקר, העובדה שהתכונה של חיידקים לצריכת פלסטיק מלכתחילה מרמזת על כך שחומר זה שעליו אנו מסתמכים באופן נרחב – הפלסטיק, לא עמיד כמו שחשבנו  אם יותר חיידקים יחלו לאכול פלסטיק בטבע, מוצרים ומבנים שנועדו לשרוד שנים רבות יעמדו בסכנה. תעשיית הפלסטיק תעמוד בפני האתגר החמור של מניעת זיהום המוצרים שלה במיקרו אורגניזמים רעבים.

הלקחים מהאנטיביוטיקה מלמדים אותנו שאנחנו מתקשים בחיסול החיידקים, אבל אולי מחקרים כאלה יתנו לנו יתרון עליהם.

לכתבה המקורית באתר THE CONVERSATION

עוד בנושא באתר הידען:

• זחלים שאוכלים פלסטיק יוכלו להציל את העולם?
• לאן הולך הפלסטיק שלנו?
• היכן הפלסטיק?
• הפלסטיק המיקרוסקופי: סכנה לחופים ולחיים בעיקר בים