Triển vọng xử lý rác thải nhựa bằng loại enzyme mới

Loại enzyme thứ hai được tìm thấy trong vi khuẩn sống tại bãi rác nhờ vào chai nhựa, đã được kết hợp với PETase để tăng tốc độ phân hủy nhựa. PETase phân tách polyethylene terephthalate (PET) thành các khối cấu thành, mở ra cơ hội tái chế nhựa vô hạn và giảm ô nhiễm nhựa cũng như khí nhà kính gây biến đổi khí hậu.

PET là nhựa nhiệt dẻo phổ biến nhất, được sử dụng để đựng đồ uống dùng một lần, quần áo và thảm. Loại nhựa này phải mất hàng trăm năm để phân hủy trong môi trường, nhưng với PETase chỉ mất vài ngày.

Phát hiện này mở ra triển vọng về cuộc cách mạng tái chế nhựa, cung cấp giải pháp tiêu tốn ít năng lượng để xử lý rác thải nhựa. Nhóm nghiên cứu đã biến đổi enzyme PETase tự nhiên trong phòng thí nghiệm để phá vỡ PET với tốc độ nhanh hơn khoảng 20%.

Giờ đây, nhóm nghiên cứu xuyên Đại Tây Dương đã kết hợp PETase và một loại enzyme thứ hai có tên là MHETase để tạo ra những cải tiến lớn hơn: chỉ cần trộn PETase với MHETase đã tăng gấp đôi tốc độ phân hủy PET và việc điều chỉnh kết nối giữa hai enzyme tạo ra một “siêu enzyme”, làm tăng gấp 3 lần hoạt tính.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Kỷ yếu của Viện Hàn lâm khoa học quốc gia. Dẫn đầu nhóm nghiên cứu là các nhà khoa học đã thiết kế PETase, bao gồm GS John McGeehan, Giám đốc Trung tâm Đổi mới Enzyme (CEI) thuộc trường Đại học Portsmouth (Anh) và TS. Gregg Beckham tại Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo quốc gia (NREL) ở Hoa Kỳ.

Phát hiện ra enzyme PETase gốc dự báo triển vọng đầu tiên về giải pháp cho vấn đề ô nhiễm nhựa toàn cầu dù chỉ riêng PETase vẫn chưa đủ để quy trình này khả thi về mặt thương mại để xử lý hàng tấn chai PET bị thải loại trên hành tinh. Việc kết hợp PETase với một loại enzyme thứ hai cho kết quả xử lý nhanh hơn, có nghĩa đây là bước tiến nhảy vọt khác để tìm ra giải pháp cho vấn đề rác thải nhựa.

PETase và MHETase-PETase mới kết hợp đều hoạt động bằng cách xử lý nhựa PET, đưa nó trở lại thành các khối cấu thành ban đầu. Điều này cho phép nhựa được sản xuất và tái sử dụng lâu dài, giảm phụ thuộc vào nguồn tài nguyên hóa thạch như dầu mỏ và khí đốt.

GS. McGeehan đã sử dụng Nguồn sáng kim cương tại Oxfordshire, máy gia tốc synchrotron sử dụng chùm tia X cường độ cao gấp 10 tỷ lần so với Mặt trời để hoạt động như kính hiển vi đủ mạnh để quan sát các nguyên tử riêng lẻ. Điều này cho phép nhóm nghiên cứu xử lý cấu trúc 3D của enzyme MHETase để thiết kế hệ thống enzyme hoạt động nhanh hơn.