Các nhà khoa học đã tổng hợp được một loại 'siêu enzym' mới có khả năng phân hủy nhựa gấp 6 lần
Siêu enzym này phân hủy chất dẻo nhanh hơn 6 lần so với các enzym được phát hiện trước đây, và dự kiến sẽ được sử dụng trong ngành công nghiệp tái chế nhựa trong một hoặc hai năm tới.
Mỗi năm, hàng triệu tấn rác thải nhựa được chôn lấp hoặc đốt, điều này đã khiến cho ô nhiễm lan rộng khắp Trái Đất. Tại một số khu vực ô nhiễm nhựa nghiêm trọng, con người và động vật thậm chí còn vô tình ăn phải các hạt vi nhựa. Bởi vậy, giới khoa học đã nghiên cứu và tìm ra các phương pháp tái chế hiệu quả, nhưng trên thực tế thì ngày càng có nhiều các loại nhựa mới được sản xuất từ các nguồn hóa dầu, bởi vậy rác thải nhựa vẫn tiếp tục tích tụ tạo thành một vòng luẩn quẩn.
Polyethylene terephthalate (PET) là loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến nhất trong cuộc sống ngày nay, nó được sử dụng để làm chai nước giải khát, bao bì hàng hóa, quần áo hoặc và các sản phẩm khác. Phải mất hàng trăm năm để loại nhựa này có thể phân hủy tự nhiên trong môi trường. Nhưng cho tới nay, các nhà khoa học đã tổng hợp được một loại "siêu enzym" mới và được kỳ vọng sẽ giải quyết được vấn đề rác thải nhựa.
Siêu enzym này phân hủy chất dẻo nhựa nhanh hơn 6 lần so với các loại enzym được phát hiện trước đây, và dự kiến sẽ được sử dụng trong ngành công nghiệp tái chế nhựa trong một hoặc hai năm tới. Nghiên cứu do John McGeehan, giám đốc Trung tâm Đổi mới Enzyme (CEI) tại Đại học Portsmouth và Gregg Beckham, một nhà nghiên cứu cấp cao tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ (NREL) đồng dẫn đầu. Các kết quả đã được công bố trong "Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ" (National Academy of Sciences).
Các nhà khoa học cho biết "siêu enzyme" này phân hủy chai nhựa nhanh gấp 6 lần so với enzyme thông thường.
Siêu enzym này được tổng hợp bằng cách kết nối hai loại enzym khác nhau. Đầu năm 2016, các nhà khoa học đã phát hiện ra một loại vi khuẩn đặc biệt trong một bãi rác ở Nhật Bản: Ideonella sakaiensis, có thể phân hủy nhựa PET thành các phân tử hữu cơ nhỏ.
Sau khi tinh chế và tối ưu hóa, các nhà khoa học đã tiết lộ loại enzyme đầu tiên - Phiên bản thiết kế kỹ thuật của PETase có thể tăng tốc độ phân hủy PET lên khoảng 20%. Sau đó, các nhà khoa học đã phát triển MHETase hydrolase để liên tục cải thiện khả năng phân hủy sinh học PET và khám phá các giải pháp năng lượng thấp tiềm năng để xử lý chất thải nhựa.
Siêu enzyme được tổng hợp hiện nay là sự kết hợp giữa PETase và MHETase để tạo ra những cải tiến, hoạt tính tổng thể tăng gấp 3 lần và tốc độ phân hủy nhanh hơn 6 lần.
Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư John McGeehan từ Đại học Portsmouth ở Anh cho biết: "Khi chúng tôi liên kết các enzym này lại với nhau, thật bất ngờ, chúng tôi đã quan sát thấy sự gia tăng đáng kể hoạt động này. Đó là một nỗ lực nhằm tạo ra một phương pháp phân hủy enzyme tiên tiến hơn, và nó phù hợp với công nghiệp hơn. Tất nhiên, đây cũng là một trong những câu chuyện mà nhân loại học hỏi được từ thiên nhiên và sau đó đưa nó vào phòng thí nghiệm".
Vào tháng 4 năm nay, công ty "hóa học xanh" của Pháp - Carbios đã phát triển một loại enzym khác, loại enzym này ban đầu được tìm thấy trong thành phần phân hủy của hỗn hợp một đống lá cây, nó có thể phân hủy 90% chai nhựa trong 10 giờ khi ở trong điều kiện phân hủy lý tưởng là 72 ° C.
Giáo sư John McKeehan làm thí nghiệm tại Trung tâm Đổi mới Enzyme.
Siêu enzym mới được tổng hợp có thể hoạt động ở nhiệt độ thường. John McKeehan cho biết, việc kết hợp các phương pháp khác nhau có thể đẩy nhanh quá trình ứng dụng thương mại của loại enzym này: "Chúng tôi có thể quan sát cách thức PETase ăn mòn bề mặt nhựa và MHETase tiếp tục cắt nhỏ nó, vì vậy việc kết hợp chúng lại là để bắt chước những gì diễn ra trong tự nhiên. Nếu chúng ta có thể tạo ra các enzym tốt hơn và nhanh hơn bằng cách kết nối các enzym với nhau và cung cấp chúng cho các công ty như Carbios. Thông qua hợp tác, chúng tôi dự kiến sẽ đạt được điều này trong một hoặc hai năm tới".
Vi khuẩn phân hủy các polyme tự nhiên (như cellulose) đã phát triển phương pháp kép này trong hàng triệu năm. Các nhà khoa học tin rằng bằng cách liên kết hai enzym với nhau, tốc độ phân hủy có thể được tăng lên và chúng có thể hoạt động chặt chẽ hơn với nhau.
Hiện nhóm đang nghiên cứu cách điều chỉnh các enzym này để chúng hoạt động nhanh hơn. "Tiềm năng là rất lớn", McKeehan nói. Hiện tại, phòng thí nghiệm của ông đang xúc tiến việc xây dựng một trung tâm thử nghiệm trị giá 1 triệu bảng Anh, và Carbios cũng đang xây dựng một nhà máy để chuẩn bị cho việc thương mại hóa loại enzym mới này.
Ngoài ra, McKeehan nói rằng việc kết hợp các enzym có thể phân hủy nhựa với các enzym có thể phân hủy sợi tự nhiên có thể cho phép tái chế hoàn toàn các vật liệu hỗn hợp. "Các loại vải pha (polyester và cotton) rất khó tái chế. Chúng tôi đã liên lạc với các công ty thời trang lớn sản xuất loại vải này, và họ thực sự đang gặp khó khăn trong vấn để tái chế".
Vấn đề ô nhiễm nhựa có thể đòi hỏi một phương pháp tiếp cận theo hai hướng, một mặt là giảm việc sử dụng các sản phẩm nhựa, mặt khác, các vật liệu nhẹ và bền như nhựa rất hữu ích. Bởi vậy tái chế chính là chìa khóa để giải quyết vấn đề ô nhiễm và hướng đi của McKeehan có thể sẽ rất được chào đón trong tương lai.
