Plastik Yiyen Enzim Tasarımı
Fotoğraf : Sahildeki plastik atıkları
Bilim adamları en çok kirleticilerimiz olan plastiklerin bazılarını sindirerek dünyanun en büyük çevre problemlerinden birine potansiyel çözüm olabilecek bir enzim tasarladılar.
Bu keşif , doğada dönüşümü yüzyıllar süren polietilen terafitalattan (PET) yapılan milyonlarca plastik şişenin geri dönüşümüne çözüm olabilir.
Araştırma, Portsmouth Üniversitesi ve ABD Enerji Bakanlığı Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (NREL) ekipleri tarafından yürütülmüştür ve Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri’nde (PNAS) yayınlanmıştır.
Portsmouth Üniversitesi’nden Profesör John McGeehan ve NREL’de Dr. Gregg Beckham, PETaz’ın – PET’i sindiren son zamanlarda keşfedilen enzim – kristal yapısını çözdü ve bu 3D bilgisini nasıl çalıştığını anlamak için kullandı. Bu çalışma sırasında, plastiği doğada olduğundan daha iyi çözen bir enzim ürettiler.
Araştırmacılar şimdi plastiklerin endüstriyel olarak parçalaması için enzim üzerinde çalışıyorlar.
Portsmouth’daki Biyolojik Bilimler Fakültesi Biyolojik ve Biyomedikal Bilimler Enstitüsü Müdürü Profesör McGeehan, “1960’larda plastiklerin popüler olmasından sonra devasa plastik atıkların okyanuslarda yüzeceği ya da dünyanın her yerindeki el değmemiş kıyılara vuracağı tahmin edilebilirdi.’’ dedi.
“Hepimiz plastik sorunuyla başa çıkmada önemli bir rol oynayabiliriz, ancak bu ‘mucize materyalleri’ yaratan bilim topluluğu, şimdi tüm teknolojiyi gerçek çözümler geliştirmek için kullanmalıdır.”
Araştırmacılar Japonya’da geri dönüşüm merkezinde evrimleştiği düşünülen, bakterinin plastiği gıda maddesi gibi ayrıştırmasını sağlayan doğal bir enzimi incelerken büyük bir atılım gerçekleştirdiler.
Doğada çok uzun süredir var olmayan PET 1940’lı yıllarda plastik olarak patent aldı, takım enzimin nasıl evrimleştiğini ve daha da geliştirmenin mümkün olabileceği konusunda çalışmaya başladılar.
Amaç enzimin yapısını öğrenmekti fakat yanlışlıkla daha ileriye giderek PET plastikleri daha iyi parçalayan enzim ürettiler.
Profesör McGeehan ‘’Bu şans eseri keşfetme temel bilim araştırmalarında önemli rol oynar ve bizim buluşumuz da istisna değil.’’ açıklamasında bulundu.
“Gelişme az miktarda olsa da, bu beklenmedik keşif, bu enzimleri daha da geliştirecek bir yer olduğunu ve bizi atık plastiklerin sürekli büyüyen dağları için bir geri dönüşüm çözümüne yaklaştıracağını gösteriyor.”
Araştırma ekibi artık protein mühendisliği bilgilerini uyguluyorlar ve geliştirmeyi sürdürüyorlar.
Portsmouth Üniversitesi ve NREL, Birleşik Krallık’ta bulunun Diamond Light Source’taki bilim insanları ile güneşten 10 milyar kez daha parlak X-ışınları kullanarak herbir atomu görecek kadar güçlü bir mikroskop olan bir senkrotron (elektron hızlandırıcı) için iş birliği yaptı.
En yeni laboratuvarları, ışın yolu I23’ü kullanarak, PETaz enziminin ultra yüksek çözünürlüklü bir 3D modeli, zarif detaylarda üretildi.
Profesör McGeehan “Son zamanlarda dünyanın en gelişmiş X-ray ışın yolunu yarattı ve bunu kullanma erişimi bizi PETaz enziminin 3D atomik yapısının detaylarını görmemizi sağladı. Bu biyolojik katalizörlerin iç yapılarını görmemiz daha hızlı ve etkili enzimler üretmeyi planlamamızı sağlar. ” dedi.
Diamond Light Source Genel Müdürü Profesör Andrew Harrison “Üç farklı ülkeden beş kurumun katkısı ile bu araştırma, uluslararası işbirliğinin önemli bilimsel atılımlar yapılmasına nasıl yardımcı olabileceğinin güzel bir örneğidir.’’ dedi.
“Diamond’da I23 ışın yolu sayesinde elde edilen sonuçlar geniş ölçekte endüstriyel geri dönüşüm proseslerinde kullanılmak üzere enzimi uyarlamak açısından çok değerli olacaktır. Plastik atıklar için böyle inovaitif bir çözüm küreseldir. Birleşik Krallık bilim adamlarının ve olanaklarının bu yolda yardımcı olması oldukça iyidir.’’
Güney Florida Üniversitesi ve Brezilya’daki Campinas Üniversitesi’ndeki modelleme ile ilgilenen bilim adamlarının yardımıyla, ekip, PETaz’ın cutinase’e çok benzediğini keşfetti, ancak fazla açık aktif taraf gibi birkaç sıra dışı özelliğe sahipti. Bu farklılıklar, PETaz enziminin PET’i bozmasını sağlamak için PET içeren bir ortamda evrimleşmiş olabileceğini göstermiştir. Bu hipotezi test etmek için araştırmacılar kütinaza daha çok benzetmek için PETaz aktif bölgesini mutasyona uğrattılar.
Ve işte bu beklenmedik şeyin gerçekleştiği andı – araştırmacılar PET ayrıştırmada mutant PETase enziminin doğal PETaz enziminden daha iyi olduğunu buldular.
Önemli olarak, enzim aynı zamanda cam şişelerin yerini alması beklenen polietilen furandikarboksilat ya da biyo bazlı PET plastikeri de ayrıştırabilmektedir.
Profesör McGeehan “Proses enzim bakımından, biyo-yıkama deterjanlarında ve biyoyakıt üretiminde halihazırda kullanılan enzimlerle oldukça benzerdir – teknoloji var oluyor ve gelecek yıllarda PET ve PEF, PLE, PBS gibi diğer maddeleri sürdürülebilir olarak geri dönüştürmek adına yapı taşlarına çeviren endüstriyel prosesler göreceğiz.’’ açıklamasında bulundu.
Bu makalenin baş yazarı University of Portsmouth ve NREL tarafından finanse edilmiş Harry Austin’dir.
Harry Austin ‘’Bu araştırma sadece bir başlangıç ve bu alanda yapılacak çok daha fazla şey var. Gezegenimizin karşı karşıya olduğu en büyük sorunlardan biriyle uğraşan uluslararası bir ekibin parçası olmaktan çok memnunum.’’ dedi.
Kaynak : sciencedaily.com
