Plastik Yiyen ‘Enzim Kokteyli’ Plastik Atıklar için Yeni Bir Umudun Habercisi

Plastik yiyen PETaz enzimini tekrar tasarlayan bilim insanları, plastiği altı kata kadar daha hızlı sindirebilen bir ‘enzim kokteyli’ oluşturdular.

Aynı çöpte yaşayan ve plastik şişelerle beslenen bakteride bulunan ikinci bir enzim, plastiğin parçalanmasını hızlandırmak için PETaz ile birleştirildi.

PETaz, polietilen tereftalatı (PET) temel yapılarına ayırarak plastiğin sürekli bir şekilde geri dönüşümü, ve iklim değişikliğine neden olan sera gazlarını ve plastik kirliliğini azaltmak için bir fırsat yaratıyor.

PET, tek kullanımlık meşrubat şişeleri, giysiler ve halı üretimi için kullanılan en yaygın termoplastik olup ortamda parçalanması yüzlerce yıl alır, ancak PETaz bu süreyi günlere indirebiliyor.

İlk keşif, plastik atıklarla mücadele etmek için potansiyel bir düşük enerjili çözüm yaratarak, plastik geri dönüşümünde bir devrim olasılığı oluşturdu. Ekip, laboratuvarda doğal PETaz enzimini PET’i parçalamada yaklaşık yüzde 20 daha hızlı olacak şekilde tasarladı.

Aynı Atlantik aşırı ekip şimdi çok daha büyük gelişmeler elde etmek için PETaz ve ikinci bir enzim olan MHETaz adlı ‘ortağı’nı birleştirdi: PETazın MHETaz ile karıştırılması PET parçalanma hızını iki katına çıkardı ve iki enzim arasında bir bağlantı kurarak bir ‘süper enzim’ oluşturdu, böylece bu aktiviteyi üç kat daha arttırdı.

Çalışma, Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayınlandı.

Ekip, PETaz’ı tasarlayan bilim insanları olan Portsmouth Üniversitesi Enzim İnovasyonu Merkezi (CEI) Direktörü Profesör John McGeehan ve ABD’deki Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı’nda (NREL) Kıdemli Araştırma Görevlisi Dr. Gregg Beckham tarafından yönetildi.

Profesör McGeehan şunları söylüyor: “Gregg ve ben PETaz’ın plastiklerin yüzeyine nasıl saldırdığı ve MHETaz’ın nasıl daha iyi parçaladığı hakkında sohbet ediyorduk, doğada olanları taklit ederek onları birlikte kullanıp kullanamayacağımızı görmek mantıklı görünüyordu.

“İlk deneylerimiz gerçekten birlikte daha iyi çalıştıklarını gösterdi, bu yüzden onları fiziksel olarak birbirine bağlamaya karar verdik, aynı bir ip parçasıyla birbirine bağlanmış iki Pac-man gibi.

“Atlantik’in iki yakasında da büyük bir çalışma gerektirdi, ancak çabamıza değdi – yeni kimerik enzimimizin doğal olarak evrimleşen iki ayrı enzimden üç kata kadar daha hızlı olduğunu ve daha fazla gelişme için yeni yollar açtığını görmekten mutluluk duyduk.”

Orijinal PETaz enziminin keşfi, küresel plastik kirliliği sorununa bir çözümün bulunabileceğine dair ilk umudu müjdeledi, ancak gezegeni kirleten tonlarca PET şişe atığını işlemek için tek başına PETaz süreci ticari olarak uygun hale getirecek kadar hızlı değil.

PETaz’ın ikinci bir enzimle birleştirilmesi ve birlikte daha hızlı çalıştıklarını keşfedilmesi, plastik atıklara bir çözüm bulma yolunda bir adım daha atıldığı anlamına geliyor.

PETaz ve yeni MHETaz-PETaz kombinasyonu, PET plastiği sindiriyor ve orijinal temel yapılarına geri döndürüyor. Bu, plastiklerin sürekli bir şekilde üretilmesine ve yeniden kullanılmasına olanak sağlayarak, petrol ve gaz gibi fosil kaynaklara olan bağımlılığımızı azaltıyor.

Profesör McGeehan, Oxfordshire’daki, tek tek atomları görebilecek kadar güçlü bir mikroskop görevi görmek için Güneş’ten 10 milyar kat daha parlak yoğun X-ışınları kullanan bir senkrotron olan, Elmas Işık Kaynağı’nı kullandı. Bu, ekibin MHETaz enziminin 3 boyutlu yapısını çözümlemesine olanak sağladı ve onlara daha hızlı bir enzim sistemi tasarlamaları için moleküler planlar verdi.

Yeni araştırma, yapısına ve nasıl çalıştığına dair moleküler içgörüleri ortaya çıkarmak için yapısal, hesaplamalı, biyokimyasal ve biyoinformatik yaklaşımları birleştirdi. Çalışma, kariyerlerinin her düzeyindeki bilim insanlarını dahil eden büyük bir ekip çalışmasıydı.

Birçok asistan yazardan biri ve ortak bir Portsmouth CEI-NREL Ph.D. öğrencisi olan Rosie Graham, şunları söylüyor: “Araştırmanın en sevdiğim yanı, fikirlerin nasıl ortaya çıktığı; kahve içerken, trenle gidip gelirken, üniversite koridorlarından geçerken her an olabilir.

“Bu İngiltere-Amerika iş birliğinin bir parçası olarak öğrenmek ve gelişmek, ve hatta en kirletici plastiklerimizden bazılarıyla mücadele etmek için enzimlerin kullanılmasıyla ilgili hikayenin başka bir kısmına katkıda bulunmak gerçekten harika bir fırsat.”

Enzim İnovasyonu Merkezi, enzimleri doğal ortamdan alıyor ve sentetik biyolojiyi kullanarak, endüstri için yeni enzimler yaratmak üzere uyarlıyor.

Kaynak: phys.org