Naukowcy z Uniwersytetu w Aarhus na łamach magazynu „Angewandte Chemie” opisali badanie, w ramach którego dzięki oryginalnemu podejściu znaleźli 12 enzymów, które degradują trudne do rozłożenia tworzywa sztuczne – poliuretan i nylon.

Poliuretan można znaleźć w przeróżnych produktach – od pianek w materacach i podeszwach butów po izolację lodówek. Nylon wykorzystuje się natomiast m.in. w odzieży, torbach, samochodach, linach, elementach silników, sieciach rybackich i wielu innych zastosowaniach.

Badacze zebrali miliony bakterii z wysypiska w Kenii, tropikalnego zoo Randers Regnskov, jelit larw oraz z kompostownika w pobliżu Aarhus, po czym zbadali produkowane przez nie enzymy. Jest to metoda zwana bioprospekcją, która polega na poszukiwaniu w przyrodzie organizmów i materiału genetycznego z potencjalnymi zastosowaniami w badaniach i przemyśle.

Tradycyjny sposób polega na przeszukiwaniu genomowych baz danych, w których szuka się sekwencji genów podobnych do kodujących znane już enzymy, o pożądanych własnościach. Jest to jednak mało skuteczne podejście – zwracają uwagę naukowcy.

„Zaproponowałem, żeby odpowiednich enzymów szukać w ciepłych miejscach, gdzie bakterie mogą dobrze rozwijać się przez cały rok. Najlepiej tam, gdzie plastik jest obecny od dawna. Półtora roku później leciałem już do Kenii, a potem przez pół godziny jechałem na motocyklu miejscowego studenta na ogromne wysypisko. Pomógł mi pobrać próbki i porozumieć się z setkami ludzi, którzy mieszkali na wysypisku lub w jego pobliżu” – relacjonuje autor badania, Andreas Mollebjerg z Uniwersytetu w Aarhus.

Do analizy bakterii naukowcy wykorzystali technikę zwaną sortowaniem komórek aktywowanym fluorescencją (FACS). Bakterie zmieszano z cząsteczkami naśladującymi wiązania chemiczne występujące w poliuretanie i nylonie. Cząsteczki te miały jednak tę właściwość, że zaczynały świecić, gdy zetknęły się z bakterią zawierającą odpowiedni enzym. Za pomocą sortera komórkowego naukowcy mogli analizować miliony bakterii i wyłapywać świecące komórki z szybkością do 10 tys. na sekundę.

„To było jak trzystopniowa rakieta, w której stopniowo zawężaliśmy wybór. Najpierw znaleźliśmy bakterie zdolne do rozkładania fluorescencyjnego materiału modelowego. Następnie wyizolowaliśmy enzymy odpowiedzialne za ten proces, a na końcu testowaliśmy je na coraz bardziej realistycznych materiałach” – wyjaśnia Malthe Kjær Bendtsen, również z Uniwersytetu w Aarhus.

Najbardziej obiecującym kandydatem okazał się enzym pochodzący z bakterii znalezionej w kompoście, nazwany przez badaczy CCPUR1. Jak wyjaśniają eksperci, „CC” pochodzi od bakterii Chelatococcus composti, natomiast „PUR” od określenia „PURase”, czyli hydrolazy poliuretanu – enzymu zdolnego do rozkładania poliuretanu (PUR).

Enzym jest w stanie przyłączać duże polimery, a przy tym jest wyjątkowo stabilny i lepiej niż inne enzymy znosi wysokie temperatury oraz działanie różnych rozpuszczalników. Naukowcy tłumaczą, że bakterie żyjące w kompoście uczą się radzić sobie z trudnymi do rozłożenia roślinnymi polimerami. Ponadto kompost może się silnie nagrzewać, osiągając temperaturę nawet 80 st. C.

Ponieważ enzymy działają selektywnie, naukowcy wyobrażają sobie opracowanie czegoś w rodzaju enzymatycznego koktajlu. Najpierw usuwałby on poliuretan, a następnie nylon.

Do przemysłowych zastosowań droga jest jednak wciąż długa. Potrzebne może się okazać połączenie reakcji enzymatycznych z mechanicznym i chemicznym rozkładaniem plastiku.

„Badanie pokazuje jednak, jak duży potencjał mają enzymy. Ich prawdziwą zaletą w recyklingu jest to, że działają w łagodnych warunkach, czyli przy niższych temperaturach i ciśnieniach niż te stosowane obecnie w większości technologii recyklingu” – podkreśla dr Rosie Graham z Uniwersytetu w Aarhus, współautorka badania.

Marek Matacz (PAP)

mat/ zan/