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

מיצג הממחיש את הסכנה לבעלי החיים בים כתוצאה מפסולת הפלסטיק הממלאת את הים, במוזיאון הטבע של ברלין. צילום: אבי בליזובסקי
מיצג הממחיש את הסכנה לבעלי החיים בים כתוצאה מפסולת הפלסטיק הממלאת את הים, במוזיאון הטבע של ברלין. צילום: אבי בליזובסקי

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:

 

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

3 תגובות

  1. חידקים אוכלי אדם יש? יש! עכשיו פלסטיק? ואם יש פלסטיק בתוך הדג? ומה יקרה אם החידקים ידלפו לתעשיה? ינקבו חורים במיכלי האיכסון? וידלפו לרכבים? מנועים? מחשבים? בעצם די אם נפזר בשטח אויב חידקי פלסטיק בכדי לנטרל מערכות מידע, מכמים ובעצם כל תקשורת שהיא… חידקי פלסטיק יכולים לזהם בתי חולים ובעצם כיום כנראה שמישו רותם את הבינה המלאכותית לייצר חידקים שיפגעו לא באנשים חלילה אלא באמצעים להגנה או התקפה של נשק,תקשורת ושליטה . עידן הקרח חוזר…

  2. מענין וחשוב רק ש ראוי כי המתרגם ילמד כי :
    תרגום – strain לעברית יכול להיות נצר או צאצא או אפילו תת-מין
    אבל לא ״זן״ שכן בביולוגיה אין שימוש במושג ״זן״,
    כמו כן לכתוב ״פלסטיקים״ זו טעות שכן אין צורת ריבוי לשם פרטי (חומר),
    ראוי שתרגום יעבור הגהה מקצועית…

  3. למיטב זכרוני לקח לחיידקים כ 50 מליון שנה עד שהתפתחה היכולת
    לצרוך תאית, בתקופה זאת (קרבון) נוצרו מכרות הפחם כתוצאה מהתאבנות
    עצים שלא נרקבו. את בקבוקי ה pet המציאו לפני כמה עשרות שנים וכבר
    יש חיידקים עם מנגנון המפרק אותו. השאלה היא אם החיידקים מסתגלים
    ו"צוברים נסיון" באופ ןמואץ בפירוק חומרים אורגניים מצויים (בדרכים
    שבסופו של דבר די דומות להתגברות על האנטיביוטיקה)באמצעות
    העברת גנים ושינוי אנזימים יעיל יותר כדי לפרק חומרים רביםיותר,
    מה שעלול לגרום לקשיים בשימור הציווליזציה האנושית.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן