إنزيم جديد يتربع على عرش «آكلي البلاستيك»

يتناول 90 % من وجبته في 16 ساعة

د. كريستيان زونينديكر وفريقه اكتشفوا إنزيماً يكسر بلاستيك «البولي إيثيلين تيريفثالات» بسرعة قياسية (جامعة لايبزيغ)

الزجاجات البلاستيكية، الأغلفة، والعبوات خفيفة الوزن المصنوعة من بلاستيك «البولي إيثيلين تيريفثالات»، والمعروف اختصاراً باسم «PET»، تصبح مشكلة إذا لم تتم إعادة تدويرها. وقد اكتشف علماء بجامعة لايبزيغ بألمانيا، إنزيماً عالي الكفاءة يسمى (PHL7) يعمل على تحطيم هذا البلاستيك في وقت قياسي، وجدوه في كومة السماد في لايبزيغ، ويمكن أن يعيد التدوير البيولوجي للبلاستيك بشكل أسرع بكثير مما كان يُعتقد سابقاً، وتم نشر النتائج في 18 مايو (أيار) 2022، بالعدد الأخير من المجلة العلمية «ChemSusChem».
وتلعب الإنزيمات في الطبيعة دوراً في تحلل أجزاء النبات بواسطة البكتيريا، ومعروف أن بعض الإنزيمات التي تسمى «هيدروليسات شطر البوليستر»، يمكنها أيضاً أن تتحلل من بلاستيك «البولي إيثيلين تيرفثالات»، فعلى سبيل المثال، يعتبر إنزيم (LCC) الذي تم اكتشافه في اليابان عام 2012، من «أكلة البلاستيك» الفعالة بشكل خاص.
ويبحث الفريق البحثي بقيادة الدكتور كريستيان زونينديكر، وهو باحث مهني من جامعة لايبزيغ، عن أمثلة غير مكتشفة سابقاً لهؤلاء المساعدين البيولوجيين كجزء من المشروعات الممولة من الاتحاد الأوروبي، ووجد ما كانوا يبحثون عنه في مقبرة الجنوب (Südfriedhof) في لايبزيغ بألمانيا، داخل عينة من كومة السماد، ووجدوا أن الإنزيم الجديد أدى إلى تحلل «البولي إيثيلين تيرفثالات» بسرعة قياسية في المختبر.
وكان الباحثون من معهد الكيمياء التحليلية بجامعة لايبزيغ، قد عثروا على 7 إنزيمات مختلفة ودرسوها، غير أن المرشح السابع، المسمى (PHL7)، حقق نتائج في المختبر كانت أعلى بكثير من المتوسط.
وفي التجارب، أضاف الباحثون «البولي إيثيلين تيرفثالات» إلى حاويات تحتوي على محلول مائي يحتوي إما على إنزيم (PHL7) أو إنزيم (LCC)، ثم قاموا بقياس كمية البلاستيك التي تدهورت في فترة زمنية معينة، وقارنوا القيم بعضها مع بعض.
في غضون 16 ساعة، تسبب الإنزيم الجديد (PHL7) في تحلل «البولي إيثيلين تيرفثالات» بنسبة 90 في المائة، في الوقت نفسه، حقق الإنزيم المنافس (LCC) نسبة 45 في المائة فقط. يقول زونينديكر في تقرير نشره الموقع الإلكتروني لـ«لايبزيغ» بالتزامن مع الدراسة: «الإنزيم الخاص بنا يكون نشطاً مرتين مثل المنافس، وعلى سبيل المثال، قام بتفكيك وعاء بلاستيكي، وهو النوع المستخدم لبيع العنب في محلات السوبر ماركت، في أقل من 24 ساعة».
وتتميز إعادة التدوير البيولوجي باستخدام الإنزيم الجديد ببعض المزايا، مقارنة بطرق إعادة التدوير التقليدية، والتي تعتمد بشكل أساسي على العمليات الحرارية؛ حيث تتم إذابة النفايات البلاستيكية في درجات حرارة عالية.
وهذه العمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة، وتسبب انخفاضاً في جودة البلاستيك مع كل دورة إعادة تدوير، ومن ناحية أخرى، تتطلب الإنزيمات بيئة مائية فقط ودرجة حرارة من 65 إلى 70 درجة مئوية لعملها.
وهناك ميزة أخرى وهي أنها تقوم بتفكيك «البولي إيثيلين تيرفثالات» إلى مكوناتها من حمض التريفثاليك والإيثيلين غلايكول، والتي يمكن إعادة استخدامها لإنتاج المادة نفسها من جديد، مما يؤدي إلى دورة مغلقة. وحتى الآن، لم يتم اختبار إعادة التدوير البيولوجي لـ«البولي إيثيلين تيرفثالات» إلا بواسطة مصنع تجريبي في فرنسا.
يقول البروفسور وولفجانغ زيمرمان الذي لعب دوراً رئيسياً في إنشاء نشاط بحثي في التقنيات القائمة على الإنزيم في لايبزيغ: «يمكن للإنزيم المكتشف في لايبزيغ أن يقدم مساهمة مهمة في إنشاء عمليات إعادة تدوير بلاستيكية بديلة موفرة للطاقة».
ونظراً للمشكلات الهائلة الناجمة عن العبء العالمي للنفايات البلاستيكية على البيئة، أصبح من المهم بشكل متزايد إيجاد طرق صديقة للبيئة لإعادة استخدام البلاستيك في اقتصاد دائري مستدام، وقد ثبت أن المحفز الحيوي الذي تم تطويره الآن في لايبزيغ فعال للغاية في التحلل السريع لأغلفة «البولي إيثيلين تيريفثالات» في عملية إعادة التدوير الصديقة للبيئة؛ حيث يمكن إنتاج بلاستيك جديد من منتجات التحلل.
ويأمل الباحثون من لايبزيغ أن يتمكن الإنزيم المكتشف حديثاً من تعزيز إعادة التدوير البيولوجي في الممارسة، ويبحثون عن شركاء صناعيين لهذا الغرض، فهم مقتنعون بأن السرعة الأعلى ستقلل بشكل كبير من تكاليف إعادة التدوير.
وعلى مدى السنتين إلى الثلاث سنوات القادمة، يهدفون إلى إنشاء نموذج أولي يجعل من الممكن تحديد الفوائد الاقتصادية لعملية إعادة التدوير البيولوجي السريعة بشكل أكثر دقة.