ساخت تركيب آنزيمي تجزيه‌كننده پلاستيك

جان مك‌گيهان، پروفسور دانشگاه پورتسموث و همكارانش در سال ۲۰۱۸ آنزيمي ‌توليد كردند كه مي‌تواند پلي‌اتيلن ترفتالات (PET)، ماده اوليه‌ي متخصصدي در ساخت بطري‌هاي پلاستيكي يك‌بارمصرف نوشيدني را تجزيه كند. اكنون، همان تيم تركيبي از دو آنزيم ‌ايجاد كرده است كه مي‌تواند PET را تا شش برابر سريع‌تر تجزيه كند. آلودگي پلاستيكي يكي از بحران‌هاي مهم زيست‌محيطي جهاني به‌شمار مي‌آيد؛ از‌اين‌رو، ميكروب‌ها در حال تكامل ظرفيت استفاده از پليمرهاي مصنوعي به‌عنوان منابع كربن و انرژي خود هستند.

در سال ۲۰۱۶، تيمي ‌از زيست‌شناسان ژاپني از كشف خصوصيات باكتري خاك، «ايدونلا ساكاينسيس» (Ideonella sakaiensis 201-F6)، خبر دادند كه از دو آنزيم براي دپليمريزاسيون PET به مونومرهاي سازنده‌ي خود استفاده مي‌كند. با تحقيقات بيشتر يكي از آنزيم‌هاي تجزيه‌كننده‌ي PET در اين باكتري، به‌نام PETase شناسايي شد.

سرعت فعاليت آنزيم PETase به‌تنهايي هنوز به‌اندازه‌اي نبود كه بتواند ازانديشه متخصصين تجاري فرايند تجزيه‌ي پلاستيك را به‌خوبي انجام دهد و سيل عظيم بطري‌هاي پلاستيكي ساخته‌شده از PET را در كره‌ي زمين كنترل كند؛ اما كشف اين آنزيم در باكتري ايدونلا ساكاينسيس اميدي براي حل بحران آلودگي پلاستيكي جهان محسوب مي‌شد. در سال ۲۰۱۸، پروفسور مك‌گيهان و همكارانش ساختار آنزيم PETase را مطالعه و آن را در آزمايشگاه مهندسي كردند تا بتوانند سرعت عملكرد آن در شكستن PET را حدود ۲۰ درصد افزايش دهند.

در مطالعه‌ي جديد، مك‌گيهان و همكارانش PETase و MHETase (آنزيم شناسايي‌شده در باكتري ايدونلا ساكاينسيس) را دركنار‌هم قرار دادند و سيستمي دو‌آنزيمي ‌براي تجزيه‌ي PET ايجاد كردند. پروفسور مك‌گيهان درباره‌ي اين سيستم دو آنزيمي مي‌گويد:

درباره‌ي چگونگي حمله‌ي آنزيم PETase به سطح پلاستيك‌ها در حال مباحثه بوديم كه متوجه شديم آنزيم MHETase عملكرد بهتري در تجزيه‌ي پلاستيك‌ها دارد؛ بنابراين، تصميم گرفتيم ببينيم آيا مي‌توانيم از آن‌ها باهم استفاده كنيم و از آنچه در طبيعت اتفاق مي‌افتد، تقليد ‌كنيم. اولين آزمايش‌هايمان نشان داد كه اين دو آنزيم دركنارهم بهتر عمل مي‌كنند؛ ازاين‌رو، تصميم گرفتيم مانند دو پك‌من كه با يك رشته به‌هم پيوسته‌اند، آن‌ها را به‌هم پيوند دهيم. آنزيم كايمريك جديد ساخته‌شده سه‌برابر سريع‌تر از آنزيم‌هاي جداگانه‌ي تكامل‌يافته طبيعي عمل مي‌كند و راه‌هاي جديدي براي پيشرفت بيشتر در اين زمينه پيش روي ما مي‌گذارد.

در‌پايان، اين گروه پژوهشي اظهار كرد:

تحقيقات ما رويكردهاي ساختاري، محاسباتي، بيوشيميايي و بيوانفورماتيكي را تركيب كرد تا با شناخت مولكولي دقيق ساختار و نحوه‌ي كاركرد اين سيستم آنزيمي را آشكار سازد. اين مطالعه كار گروهي بزرگي بود كه دانشمندان را در رشته‌هاي مختلف درگير ‌كرد.

يافته‌هاي اين پژوهش در مجموعه‌مقالات آكادمي ‌ملي علوم منتشر شد.