nguyenducminh
1 tuần trước

Enzym phân hủy nhựa - Hy vọng mới cho rác thải nhựa

Enzym phân hủy nhựa - Hy vọng mới cho rác thải nhựa

Các nhà khoa học đã tái thiết kế enzyme ăn nhựa PETase hiện đã tạo ra một loại 'cocktail' enzyme có thể tiêu hóa nhựa nhanh hơn tới sáu lần.

Một loại enzyme thứ hai, được tìm thấy trong cùng một loại vi khuẩn sống trong rác thải, sống nhờ vào chai nhựa, đã được kết hợp với PETase để tăng tốc độ phân hủy nhựa.
PETase phân hủy polyethylene terephthalate (PET) trở thành các khối cấu tạo ban đầu của nó, tạo cơ hội tái chế nhựa vô hạn và giảm ô nhiễm nhựa cũng như khí nhà kính gây ra biến đổi khí hậu.
PET là loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến nhất, được sử dụng để làm chai đựng đồ uống, quần áo và thảm dùng một lần và phải mất hàng trăm năm để phân hủy trong môi trường, nhưng PETase có thể rút ngắn thời gian này xuống còn vài ngày.
Khám phá ban đầu đặt ra triển vọng về một cuộc cách mạng trong tái chế nhựa, tạo ra một giải pháp năng lượng thấp tiềm năng để xử lý rác thải nhựa. Nhóm nghiên cứu đã thiết kế enzyme PETase tự nhiên trong phòng thí nghiệm để phá vỡ PET nhanh hơn khoảng 20%.
Giờ đây, cùng một nhóm nghiên cứu xuyên Đại Tây Dương (Anh - Mỹ) đã kết hợp PETase và 'đối tác' của nó, một loại enzyme thứ hai được gọi là MHETase, để tạo ra những cải tiến lớn hơn nhiều: chỉ cần trộn PETase với MHETase đã tăng gấp đôi tốc độ phân hủy PET và thiết kế kết nối giữa hai enzyme để tạo ra một 'siêu enzym', làm tăng hoạt tính này thêm ba lần.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.
Nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học đã thiết kế PETase, Giáo sư John McGeehan, Giám đốc Trung tâm Đổi mới Enzyme (CEI) tại Đại học Portsmouth, và Tiến sĩ Gregg Beckham, Nghiên cứu viên cao cấp tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL) đồng dẫn đầu tại Hoa Kỳ.
Giáo sư McGeehan nói: "Gregg và tôi đã trò chuyện về cách thức PETase tấn công bề mặt nhựa và MHETase cắt nhỏ mọi thứ hơn nữa, vì vậy, việc xem liệu chúng ta có thể sử dụng chúng cùng nhau hay không, bắt chước những gì xảy ra trong tự nhiên dường như là điều tự nhiên.
"Các thí nghiệm đầu tiên của chúng tôi cho thấy chúng thực sự hoạt động tốt hơn với nhau, vì vậy chúng tôi quyết định cố gắng liên kết chúng về mặt vật lý, giống như hai Pac-man được nối với nhau bằng một đoạn dây.
"Phải mất rất nhiều công sức ở cả hai bên bờ Đại Tây Dương, nhưng nó đáng để nỗ lực - chúng tôi rất vui khi thấy rằng enzyme chimeric mới của chúng tôi nhanh hơn gấp ba lần so với các enzyme riêng biệt được phát triển tự nhiên, mở ra con đường mới cho cải tiến hơn nữa. "
Khám phá ra enzyme PETase ban đầu báo trước hy vọng đầu tiên rằng một giải pháp cho vấn đề ô nhiễm nhựa toàn cầu có thể nằm trong tầm tay, mặc dù chỉ riêng PETase vẫn chưa đủ nhanh để làm cho quy trình này trở nên khả thi về mặt thương mại để xử lý hàng tấn chai PET bị loại bỏ đang xả rác trên hành tinh.
Việc kết hợp nó với một loại enzyme thứ hai và cùng nhau tìm ra cách chúng hoạt động nhanh hơn, có nghĩa là một bước tiến nhảy vọt khác đã được thực hiện nhằm tìm ra giải pháp cho rác thải nhựa.
PETase và MHETase-PETase kết hợp mới đều hoạt động bằng cách tiêu hóa nhựa PET, đưa nó trở lại các khối cấu tạo ban đầu. Điều này cho phép nhựa được sản xuất và tái sử dụng lâu dài, giảm sự phụ thuộc của chúng ta vào các nguồn tài nguyên hóa thạch như dầu và khí đốt.
Giáo sư McGeehan đã sử dụng Nguồn sáng kim cương, ở Oxfordshire, một đồng bộ hóa sử dụng chùm tia X cường độ cao gấp 10 tỷ lần so với Mặt trời để hoạt động như một kính hiển vi đủ mạnh để nhìn thấy các nguyên tử riêng lẻ. Điều này cho phép nhóm giải quyết cấu trúc 3D của enzyme MHETase, cung cấp cho họ bản thiết kế phân tử để bắt đầu thiết kế một hệ thống enzyme nhanh hơn.
Nghiên cứu mới kết hợp các phương pháp tiếp cận cấu trúc, tính toán, sinh hóa và tin sinh học để tiết lộ những hiểu biết về phân tử về cấu trúc và cách thức hoạt động của nó. Nghiên cứu là một nỗ lực rất lớn của cả nhóm với sự tham gia của các nhà khoa học ở mọi cấp độ nghề nghiệp của họ.
Một trong những tác giả nhỏ tuổi nhất, Rosie Graham, nghiên cứu sinh Tiến sĩ CEI-NREL của Portsmouth cho biết: "Phần nghiên cứu yêu thích của tôi là cách các ý tưởng bắt đầu, cho dù đó là cà phê, trên đường đi tàu hỏa hay khi đi ngang qua hành lang đại học thực sự bất cứ lúc nào.
"Đây thực sự là một cơ hội tuyệt vời để học hỏi và phát triển như là một phần của sự hợp tác Anh-Mỹ này và thậm chí còn hơn thế nữa để đóng góp một phần khác của câu chuyện về việc sử dụng các enzym để xử lý một số loại nhựa gây ô nhiễm nhất của chúng ta."
Trung tâm Đổi mới Enzyme lấy các enzym từ môi trường tự nhiên và sử dụng sinh học tổng hợp, điều chỉnh chúng để tạo ra các enzym mới cho ngành công nghiệp.

Tài liệu tham khảo

1. Brandon C. Knott, Erika Erickson, Mark D. Allen, Japheth E. Gado, Rosie Graham, Fiona L. Kearns, Isabel Pardo, Ece Topuzlu, Jared J. Anderson, Harry P. Austin, Graham Dominick, Christopher W. Johnson, Nicholas A. Rorrer, Caralyn J. Szostkiewicz, Valérie Copié, Christina M. Payne, H. Lee Woodcock, Bryon S. Donohoe, Gregg T. Beckham, John E. McGeehan. Characterization and engineering of a two-enzyme system for plastics depolymerization. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020; 202006753 DOI: 10.1073/pnas.2006753117

Chủ đề chính: #rác_thải_nhựa

Bình luận về bài viết này
0 bình luận
Sắp xếp theo:

Đang tải bình luận...


Đang tải nội dung cho bạn