VINACHEM

Các nhà khoa học Anh đã xác định cấu trúc của một enzym có khả năng phân hủy PET - một trong những chất dẻo thông dụng nhất hiện nay. Kết quả thu được đã cho phép họ biến đổi enzym đó để tạo ra một enzym mới, có khả năng phân hủy PET tốt hơn. Phát hiện mới này có thể dẫn đến giải pháp cách mạng để giải quyết tình trạng ô nhiễm chất dẻo khó phân hủy, một trong những vấn đề môi trường nhức nhối nhất hiện nay trên toàn thế giới.

Năm 2016, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp Kyoto (Nhật Bản) đã tìm ra một chủng vi khuẩn mới, đây là loại vi khuẩn sử dụng chất dẻo PET từ các bãi rác để làm nguồn thực phẩm cho mình. Những khảo sát tiếp theo cho thấy, enzym PETase trong vi khuẩn là enzym chịu trách nhiệm phân hủy PET.

Dựa trên những kết quả đó, các nhà khoa học tại Đại học Portsmouth (Anh) đã tìm cách phân lập enzym PETase trong chủng vi khuẩn nói trên và xác định cấu trúc tinh thể của enzym để tìm hiểu phương thức hoạt động của nó. Trong khi tiến hành nghiên cứu, họ đã vô tình tạo ra một enzym mới, có khả năng phân hủy chất dẻo tốt hơn so với enzym mà thiên nhiên tạo ra.

Các nhà khoa học hiện đang tìm cách cải tiến tiếp enzym mới để có thể sử dụng nó ở quy mô công nghiệp, cho phép tiến hành việc phân hủy chất dẻo trong thời gian ngắn.

Khi các chất dẻo trở nên thông dụng vào thập niên 1960, ít người có thể dự báo là những mảnh phế thải chất dẻo sẽ có ngày trôi nổi khắp các đại dương trên thế giới và trôi dạt cả đến những bãi biển hoang sơ chưa từng in dấu chân người.

Trong nghiên cứu nói trên, các nhà khoa học tại Đại học Portsmouth đã hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Trung tâm vận hành máy gia tốc đồng bộ Diamond Light Source ở Harwell (Anh) và lập ra mô hình 3D siêu nét của enzym PETase. Máy gia tốc này sử dụng các chùm tia X sáng gấp 10 tỷ lần ánh sáng Mặt Trời, có thể hoạt động như kính hiển vi mạnh, cho phép quan sát từng nguyên tử riêng rẽ. Nhờ đó, các nhà khoa học đã nhìn thấy cấu trúc nguyên tử 3D của PETase rõ một cách lạ thường.

Với sự hỗ trợ của phương pháp lập mô hình máy tính, các nhà khoa học Portsmouth đã phát hiện ra rằng PETase rất giống với các enzym thuộc họ enzym thủy phân, chẳng hạn enzym cutinase. Nhưng PETase có một số đặc điểm khác thường, như có nhiều vị trí hoạt tính mở hơn, thích hợp hơn với các polyme nhân tạo so với polyme tự nhiên. Những khác biệt đó cho thấy PETase có thể đã tiến hóa trong môi trường chứa PET, vì vậy cho phép nó phân hủy PET. Để kiểm tra giả thiết này, các nhà khoa học đã biến đổi vị trí hoạt tính của PETase để khiến cho nó giống với cutinase hơn nữa. Khi họ làm như vậy, một bất ngờ lớn đã xảy ra: Họ phát hiện thấy PETase đã biến đổi có khả năng phân hủy PET tốt hơn so với PETase tự nhiên.

Điều quan trọng là enzym mới cũng phân hủy polyetylen furandicacboxylat (PEF) - chất dẻo sinh học có thể thay thế cho PET và cũng đang được ca ngợi như vật liệu thay thế cho các chai thủy tinh đựng bia.

Theo Giáo sư John MacGeehan, người phụ trách nhóm nghiên cứu, quá trình biến đổi enzym nói trên rất giống những quá trình hiện đang được áp dụng để biến đổi enzym trong sản xuất các chất giặt rửa sinh học và nhiên liệu sinh học, tức là công nghệ này hiện đã tồn tại và rất có khả năng là trong những năm tới chúng ta sẽ có quy trình khả thi công nghiệp để chuyển hóa PET và các chất tương tự như PEF, PLA, PBS… thành các thành phần cấu trúc ban đầu của chúng, nhờ đó cho phép tái chế các chất dẻo này một cách bền vững.

HS

Theo Industry Europe. 5/2018