Phát hiện vi khuẩn trong dạ dày bò có khả năng tiêu hủy một số loại nhựa

Các nhà khoa học đã phát hiện ra những vi khuẩn này trong chất lỏng hút ra từ dạ cỏ, ngăn lớn nhất của dạ dày động vật nhai lại. 

Theo các nhà khoa học từ Đại học Minnesota (Mỹ), dạ cỏ hoạt động như một lồng ấp cho những vi khuẩn này, chúng có thể tiêu hóa hoặc lên men thức ăn được tiêu thụ bởi bò hoặc các loài động vật nhai lại khác.

Các nhà nghiên cứu nghi ngờ rằng một số vi khuẩn ẩn náu trong dạ cỏ của bò còn có khả năng tiêu hóa polyester, những chất mà các phân tử thành phần được liên kết bởi cái gọi là nhóm este. Đó là bởi vì do chế độ ăn uống ăn cỏ của chúng, bò tiêu thụ một loại polyester tự nhiên do thực vật tạo ra gọi là cutin. Là một polyester tổng hợp, PET có cấu trúc hóa học tương tự như chất tự nhiên này.

Tác giả Doris Ribitsch, một nhà khoa học cao cấp, cho biết cutin tạo nên hầu hết lớp biểu bì, hoặc lớp ngoài như sáp của thành tế bào thực vật, nó có thể được tìm thấy rất nhiều trong vỏ cà chua và táo.

Ông cho biết: "Khi muốn xâm nhập vào những loại trái cây như vậy, nấm hoặc vi khuẩn sẽ sản sinh ra các enzyme có thể phân cắt lớp cutin này".

Cụ thể, một lớp enzyme được gọi là cutinases có thể thủy phân cutin, có nghĩa là chúng bắt đầu một phản ứng hóa học trong đó các phân tử nước phá vỡ chất này ra.

Ribitsch và các đồng nghiệp đã phân lập các enzyme này từ vi khuẩn trước đó và nhận ra rằng bò có thể là nguồn lây nhiễm các loại bọ xít hút nhựa polyester tương tự.

"Những loài động vật này đang tiêu thụ và phân hủy rất nhiều nguyên liệu thực vật, vì vậy khả năng cao là bạn có thể tìm thấy những vi khuẩn như vậy sống trong dạ dày của bò", Ribitsch cho hay.

Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng vi khuẩn từ dạ cỏ bò có thể phân hủy không chỉ PET mà còn cả hai loại nhựa khác là polybutylen adipate terephthalate (PBAT), được sử dụng trong túi nhựa có thể phân hủy và polyethylene furanoate (PEF), được làm từ vật liệu tái tạo, có nguồn gốc thực vật.

Để đánh giá xem những vi khuẩn sống trong dạ cỏ này có thể ăn nhựa tốt như thế nào, nhóm nghiên cứu đã ủ từng loại nhựa trong chất lỏng dạ cỏ từ một đến ba ngày. Sau đó, họ có thể đo các sản phẩm phụ do nhựa thải ra để xác định xem mức độ phá vỡ như thế nào.

Nhóm nghiên cứu báo cáo rằng chất lỏng trong dạ cỏ đã phá vỡ PEF một cách hiệu quả nhất. Nó làm phân hủy cả ba loại nhựa. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã lấy mẫu DNA từ chất lỏng dạ cỏ để có được ý tưởng về những vi khuẩn cụ thể nào có thể là nguyên nhân gây ra sự phân hủy nhựa.

Khoảng 98% DNA thuộc về "vương quốc" vi khuẩn, với chi chủ yếu nhất là Pseudomonas, trong đó một số loài đã được chứng minh là có thể phân hủy nhựa trong quá khứ.

Vi khuẩn thuộc giống Acinetobacter cũng phát triển với số lượng lớn trong chất lỏng, và tương tự như vậy, một số loài trong chi đã được chứng minh là phân hủy polyester tổng hợp.

Trong tương lai, Ribitsch và nhóm của mình muốn mô tả đầy đủ đặc điểm của vi khuẩn ăn nhựa trong chất lỏng dạ cỏ và xác định loại enzyme cụ thể nào mà vi khuẩn sử dụng để phân hủy nhựa.

Nếu xác định được các enzyme có khả năng hữu ích để tái chế thì họ có thể thiết kế di truyền các vi khuẩn tạo ra các enzyme đó với số lượng lớn mà không cần thu thập trực tiếp các vi khuẩn nói trên từ dạ dày bò.

Bằng cách này, các enzyme có thể được sản xuất dễ dàng và không tốn kém, để sử dụng ở quy mô công nghiệp.

Theo cách đó, Ribitsch và nhóm của mình đã được cấp bằng sáng chế cho một phương pháp tái chế trong đó các vật liệu dệt được tiếp xúc với các enzyme khác nhau theo trình tự.

Lô enzyme đầu tiên ăn mòn sợi vải trong vật liệu, trong khi lô enzyme tiếp theo đi theo các polyester cụ thể. Điều này hoạt động bởi vì mỗi enzyme nhắm mục tiêu các cấu trúc hóa học rất cụ thể và do đó sẽ không phá vỡ bất kỳ vật liệu nào mà nó gặp phải.

Bằng cách này, hàng dệt may chứa nhiều nguyên liệu có thể được tái chế mà không cần phải tách thành các bộ phận thành phần của chúng, Ribitsch giải thích.

Cho đến nay, các nhà khoa học đã may mắn tìm thấy các enzyme ăn nhựa có thể phân hủy PET và các loại nhựa phân hủy sinh học như PBAT và PEF, nhưng thách thức thực sự nằm ở việc tìm ra các enzyme để phân hủy các sản phẩm nhựa rắc rối hơn.

Ví dụ, các loại nhựa như polyetylen và polypropylen phần lớn được tạo thành từ các liên kết bền vững giữa các nguyên tử cacbon và cấu trúc này hạn chế khả năng của các enzyme để nắm giữ các phân tử và bắt đầu thủy phân.

Vì vậy, trong khi các nhà khoa học đã phát hiện, xác định đặc điểm và thương mại hóa các enzyme để phân hủy PET, nhưng vẫn đang săn lùng các vi khuẩn có thể xử lý polyethylene và polypropylene.

Ribitsch cũng để mắt đến những vi khuẩn có thể tiêu thụ polyethylene và tự hỏi liệu chúng có thể ẩn náu trong dạ dày của bò hay không.