Enzimler zor plastik atıkların biyolojik geri dönüşümünün kilidini açabilir

Dayanıklıdırlar, ucuzdurlar ve artık onlarsız günlük yaşam düşünülemez: Plastik. Her yıl 400 milyon mt’dan fazla üretiliyor. Büyük bir kısmı yeterince geri dönüştürülmediği için plastik atıkların neden olduğu çevresel yük artıyor.

Greifswald Üniversitesi’nden araştırmacılar bu nedenle biyokimyasal prosedürlerin plastikleri kendi kimyasal yapı taşlarına ayırmaya ve onları yeni bir ürün döngüsü için kullanılabilir hale getirmeye nasıl yardımcı olabileceğini araştırıyorlar.

İki yeni yayında Doğa Kimyasal Biyoloji Ve DoğaGreifswald biyokimyacısı Dr. Uwe T. Bornscheuer ile birlikte çalışan iki ekip, daha önce geri dönüştürülmesi zor olan plastiklerin geri dönüştürülmesinde enzimlerin potansiyelini gösterdi. Ayrıca biyolojik bozunma süreçlerinin etkili olup olmadığını güvenilir bir şekilde belirlemek için hayati önem taşıyan faktörleri de tanımlarlar.

Enzimler PET’in yapı taşlarını kurtarıyor

Enzimlerin kullanımı, plastiklerin biyokatalitik depolimerizasyonunda umut verici bir yaklaşımdır. Bu enzimler, plastiği bir arada tutan kimyasal bağları seçici olarak bölebilir. Bu yaklaşım, içecek şişeleri ve tekstil üretiminde kullanılan plastik polietilen tereftalat (PET) için halihazırda nispeten başarılı bir şekilde geliştirildi.

Bazı enzimler, ılımlı koşullar altında PET’i kendi yapı taşlarına ayırabilir. Bunlar daha sonra yeni plastikler üretmek için kullanılabilir. En iyi senaryoda bu yöntem, plastiğin atığa dönüşmesi yerine tekrar tekrar hammadde olarak kullanılmasını mümkün kılacaktır.

Poliüretan ve naylonda daha sert bağların hedeflenmesi

Diğer plastik türlerinin bozulması çok daha zordur. Birkaç yıl önce Bornscheuer liderliğindeki ekip, poliüretanlardaki (PU) özellikle kararlı bağları parçalayabilen ilk biyokatalizörleri belirledi. Poliüretanlar şilteler, yalıtım malzemeleri ve spor ayakkabıları da dahil olmak üzere birçok üründe bulunur.

‘da yayınlanan bir makalede Doğa Kimyasal BiyolojiAraştırmacılar, hangi enzim ailelerinin PU ve poliamidleri (naylon) parçalamaya özellikle uygun olduğunu belirlediler. Ayrıca yeni biyokatalizörlerin nasıl bulunacağını ve protein mühendisliği olarak bilinen bir süreç olan enzimlerde belirli değişiklikler yaparak bunların geri dönüşümde kullanımlarını nasıl optimize edeceklerini tartışıyorlar.

Amaç, poliüretanları özel olarak kendi yapı taşlarına ayırabilen enzimler olan üretanazları geliştirmektir.

Bornscheuer, “Bu alanda kaydedilen hızlı ilerlemenin güvenilir ve çok yönlü üretanazlara yol açacağına, bunun da bu polimerlerin verimli bir şekilde geri dönüştürülmesi için endüstriyel prosedürlerin uygulamaya konmasına olanak sağlayacağına inanıyorum” diyor.

Görünür bozulma yanıltıcı sinyaller verebilir

Aynı zamanda Greifswald’dan gelen ekip, uluslararası araştırmacılarla birlikte, plastiklerin biyolojik bozunması konusunda aceleci sonuçlara varılmaması konusunda uyarıda bulunuyor. ‘da yayınlanan makalede DoğaYazarlar, belirli bakteri veya enzimlerin polietilen (PE) veya polivinil klorür (PVC) gibi plastikleri parçalayabildiğini iddia ederek literatürü eleştirel bir şekilde ele alıyor.

Bu tür plastiklerin biyolojik olarak parçalanması, örneğin PET, PU veya naylona göre çok daha zordur. Çoğu zaman plastik malzemeler üzerinde yeterli araştırma yapılmamış, denemeler yeterince incelenmemiş veya analiz sonuçları yanlış yorumlanmıştır.

Norveç Yaşam Bilimleri Üniversitesi’nden (NMBU) makalenin baş yazarı Gustav Vaaje-Kolstad, “Plastiklerin biyolojik bozunması şaşırtıcı derecede zorlu bir araştırma alanıdır. Plastiklerin başarılı bir şekilde ayrıştığını gösteren bir sinyal elde etmek nispeten kolay olabilir. Ancak bu sinyalin aslında plastik polimerin bozunmasının sonucu olduğunu kanıtlamak zordur” diye açıklıyor.

Geri dönüşüm araştırmalarına rehberlik edecek daha sıkı deneyler

Araştırma ekibi böylece, kullanılan plastiklerin kesin karakterizasyonundan uygun kontrol deneyleri ve niceliksel analizlere kadar deneylerin yürütülmesi için özel öneriler formüle etti. Bu öneriler, geri dönüşümü özellikle zor olan plastikleri parçalayabilen mikroorganizmaların ve enzimlerin güvenilir bir şekilde tanımlanmasını mümkün kılmalıdır.

Uzun vadede bu tür bulgular, diğer plastik türleri için biyolojik geri dönüşüm prosedürlerinin geliştirilmesine ve plastik atıklardan değerli hammaddelerin geri kazanılmasına katkıda bulunabilir. Bu malzemeler basitçe imha edilmek yerine yeni ürünler için yeniden kullanılabilir ve ürün döngüsüne geri döndürülebilir.