باکتری‌های پلاستیک‌خوار

به گزارش پایگاه علمی خبری دانه، به نقل از سایت sciencedaily؛زیر سطح اقیانوس، باکتری‌هایی شناسایی شده‌اند که با بهره‌گیری از آنزیم‌های ویژه‌ای می‌توانند پلاستیک پلی‌اتیلن ترفتالات(Polyethylene terephthalate)،همان ماده‌ای که در ساخت بطری‌ها و لباس‌ها استفاده می‌شود؛ را تجزیه کنند. پژوهشگران دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله KAUST دریافتند که یک امضای مولکولی منحصر به فرد(الگوی ویژه‌ای از مولکول‌ها یا ویژگی‌های زیست‌مولکولیکه برای شناسایی یا تشخیص یک فرآیند زیستی یا نوع خاصی از ژن یا پروتئین به کار می‌رود.)  آنزیم‌هایی را از سایرین متمایز می‌کند که قادرند پلاستیک را به‌طور مؤثر تجزیه کنند. این گونه‌های آنزیمی که به نام  پِتِیز (PETase) شناخته می‌شوند، در حدود ۸۰ درصد نمونه‌های اقیانوسی یافت شده‌اند و نشان‌دهنده‌ی سازگاری فزاینده‌ی طبیعت با آلودگی‌های انسانی هستند.
برای دهه‌ها، دانشمندان باور داشتند که پلاستیک (PET) تقریباً تجزیه‌ناپذیر است. این تصور در سال ۲۰۱۶ تغییر کرد؛ زمانی که در یک مرکز بازیافت ژاپنی، باکتری‌ای کشف شد که از زباله‌های پلاستیکی تغذیه می‌کرد. این باکتری دارای آنزیم(PETase) بود که قادر بود پلیمرهای پلاستیکی را به واحدهای سازنده‌شان تجزیه کند.
اما هنوز مشخص نبود آیا میکروب‌های اقیانوسی نیز به‌طور مستقل چنین آنزیم‌هایی را تکامل داده‌اند یاخیر.
در یک مطالعه‌ی جهانی گسترده، پژوهشگران دانشگاه(KAUST) نشان دادند که این میکروب‌های دریایی در نقاط مختلف جهان پراکنده‌اند و از نظر ژنتیکی آماده‌اند تا پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) پلاستیک سخت و مقاوم مورد استفاده در بطری‌ها و پارچه‌ها، را مصرف کنند.
راز این توانایی در ویژگی ساختاری خاصی از آنزیم تجزیه‌کننده‌ی پلاستیک به نام PETase نهفته است. این ویژگی، که به نام الگوی (M5) شناخته می‌شود، مانند امضایی مولکولی عمل می‌کند که نشان می‌دهد کدام آنزیم‌ها واقعاً می‌توانند (PET) را تجزیه کنند.
کارلوس دوارته، بوم‌شناس دریایی و یکی از رهبران این پژوهش می‌گوید:
«الگوی M5 مانند اثرانگشت عمل می‌کند و به ما می‌گوید چه زمانی یک PETase عملکردی است و می‌تواند پلاستیک PET را بشکند. کشف این الگو به ما کمک می‌کند درک کنیم این آنزیم‌ها چگونه از آنزیم‌های تجزیه‌کننده‌ی هیدروکربن‌های دیگر تکامل یافته‌اند.»
او ادامه می‌دهد:«در اقیانوس، جایی که کربن کمیاب است، میکروب‌ها به نظر می‌رسد این آنزیم‌ها را به گونه‌ای تنظیم کرده‌اند تا بتوانند از این منبع جدید و مصنوعی کربن ( یعنی پلاستیک ) بهره ببرند.»
با استفاده از مدل‌سازی هوش مصنوعی، غربالگری ژنتیکی و آزمایش‌های آزمایشگاهی، تیم دوارته تأیید کرد که الگوی M5 مرز میان آنزیم‌های واقعاً تجزیه‌کننده‌ی پلاستیک و آنزیم‌های غیر‌فعال است. در آزمایش‌ها، باکتری‌های دریایی دارای الگوی کامل M5 توانستند نمونه‌های PET را به‌طور کارآمد تجزیه کنند. نقشه‌های فعالیت ژنتیکی نیز نشان دادند که ژن‌های M5-PETase در سراسر اقیانوس‌ها فعال‌اند  به‌ویژه در نواحی که آلودگی پلاستیکی شدیدتر است.
برای بررسی گستردگی این پدیده، پژوهشگران بیش از ۴۰۰ نمونه از آب اقیانوس‌های جهان را مورد مطالعه قرار دادند. آنزیم‌های فعال PETase دارای الگوی M5 در حدود ۸۰ درصد از نمونه‌ها یافت شدند  از چرخش‌های سطحی پر از زباله‌های شناور گرفته تا اعماق دو کیلومتری که تقریباً هیچ ماده‌ی مغذی‌ای وجود ندارد.در اعماق دریا، این توانایی ممکن است برای میکروب‌ها یک مزیت بقا محسوب شود.
انتخاباب عالم، پژوهشگر ارشد زیست‌اطلاع‌رسانی و یکی از رهبران پژوهش می‌گوید:
«توانایی مصرف کربن مصنوعی ممکن است یک برتری حیاتی برای بقا در محیط‌های فقیر از مواد غذایی باشد.»
این کشف نشان‌دهنده‌ی پاسخ تکاملی گسترده‌ی طبیعت به آلودگی انسانی است.
با این حال، دوارته هشدار می‌دهد که نباید بیش از حد خوش‌بین بود:
«زمانی که پلاستیک‌ها به اعماق دریا می‌رسند، آسیب به حیات دریایی و در نهایت به انسان‌ها قبلاً اتفاق افتاده است. سرعت تجزیه‌ی میکروبی بسیار کمتر از میزان ورود زباله‌های پلاستیکی به اقیانوس‌هاست.»
با این حال، یافته‌های جدید می‌توانند بر روی خشکی، مسیر بازیافت پایدار را تسریع کنند.
دوارته می‌گوید:
«طیف گسترده‌ای از آنزیم‌های تجزیه‌کننده‌ی PET که به‌طور طبیعی در اعماق دریا تکامل یافته‌اند، می‌توانند به‌عنوان مدل‌هایی برای بهینه‌سازی در آزمایشگاه و استفاده در تصفیه‌خانه‌ها ( و شاید روزی در خانه‌ها ) به کار گرفته شوند.»
شناسایی الگوی M5، نقشه‌ای برای مهندسی آنزیم‌های سریع‌تر و کارآمدتر ارائه می‌دهد.
این کشف نشان می‌دهد کدام ویژگی‌های ساختاری در شرایط واقعی محیطی عمل می‌کنند، نه فقط در لوله‌های آزمایش.
اگر دانشمندان بتوانند این سازوکارهای طبیعی را بازآفرینی و تقویت کنند، شاید انسان در نبرد علیه آلودگی پلاستیکی یاری‌رسانانی نیرومند از اعماق ناشناخته‌ی اقیانوس‌ها بیابد.