Austin – Teksas Üniversitesinde çalışan mühendis ve bilim insanlarının oluşturduğu yeni bir enzim varyantı, çevreye zarar veren ve ayrışması genelde yüzlerce yıl süren plastikleri yalnızca saatler veya günler içerisinde parçalayabiliyor.
İki gün önce Nature bülteninde yayımlanan keşif, dünyanın en zorlu çevre sorunlarından birinin çözüme kavuşturulmasına yardımcı olabilir ve çöp sahalarında birikip doğal alanlarımız ile sularımızı kirleten milyarlarca ton plastiğe çare olabilir. Geri dönüşümü büyük bir ölçekte güçlendirme potansiyeli taşıyan enzim, plastiklerin moleküler seviyede geri kazanılıp yeniden kullanılmasını sağlayarak büyük endüstrilerin çevreye olan etkilerini azaltmasına yardımcı olabilir.
Üniversitede kimya mühendisliği profesörü olan Hal Alper, “Bu son teknoloji geri dönüşüm işlemi, endüstrilere uçsuz bucaksız olasılıklar sunuyor” diyor. “Atık yönetimi endüstrisinin ötesinde her sektörden şirket, ürünlerinin geri dönüştürülmesinde öncü bir rol oynayabilir. Daha sürdürülebilir enzim yaklaşımlarıyla birlikte, gerçek anlamda döngüsel bir plastik ekonomisini düşünmeye başlayabiliriz.”
Projede, aralarında bisküvi kutuları, içecek şişeleri, meyve ve salata kaplarının yer aldığı çoğu tüketim ambalajı ile belli lif ve tekstil ürünlerinde bulunan önemli bir polimer olan polietilen tereftalata (PET) odaklanılmış. PET, dünyadaki bütün atıkların yüzde 12’sinden sorumlu.
Plastiği daha ufak parçalara ayrıştıran (polimersizleştirme) enzim, sonrasında bu parçaları kimyasal olarak yeniden bir araya getirerek (yeniden polimerleştirme) “döngüsel bir süreci” tamamlıyor. Bu plastikler bazı durumlarda 24 saat kadar kısa bir sürede tümüyle monomerlere ayrıştırılabiliyor.
Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesinde çalışan araştırmacılar, bir makine öğrenim modeli kullanarak bakterilerin PET plastikleri ayrıştırmasını sağlayan ve PETaz adı verilen doğal bir enzimde yeni mutasyonlar oluşturmuşlar. Model enzimlerdeki hangi mutasyonların, tüketim sonrasındaki atık plastiği düşük sıcaklıklarda hızlı bir şekilde polimersizleştireceğini tahmin ediyor.
51 farklı plastik kap, beş farklı polyester lif ve kumaşıyla tamamı PET’ten yapılan su şişelerinin incelendiği bu süreçte araştırmacılar, FAST-PETaz (işlevsel, etkin, istikrarlı ve toleranslı PETaz) enziminin etkinliğini kanıtlamışlar.
Sistemler Biyolojisi ve Yapay Biyoloji bölümünde profesör olan ve takımıyla beraber makine öğrenim modelinin geliştirilmesine öncülük eden Andrew Ellington şöyle aktarıyor: “Çalışmamız, sentetik biyolojiden kimya mühendisliğine ve yapay zekaya kadar farklı bilim dallarının bir araya getirilmesinin gücünü gösteriyor.”
Plastik atığın ortadan kaldırılmasında kullanılan en belirgin yöntem geri dönüşüm. Fakat küresel çapta bütün plastiklerin %10’undan daha ufak bir kısmı geri dönüştürülüyor. Plastiğin bertarafında atık sahasına dökmenin dışında en yaygın kullanılan yöntem ise yakma yöntemi. Fakat yakma işlemi masraflı, yoğun enerji gerektiren ve havaya zararlı gazlar yayan bir işlem. Diğer alternatif endüstriyel işlemler arasında çok yoğun enerji gerektiren glikoliz, ısıl bozunum ve/veya metanoliz yöntemleri bulunuyor.
Biyolojik çözümler ise çok daha düşük enerji harcıyor. Plastiğin geri dönüştürülmesinde enzimler üzerine yapılan araştırmalar, son 15 yılda ilerleme kaydetmiş. Fakat şimdiye kadar, enzimlerin nasıl düşük sıcaklıklarda verimli şekilde çalıştırılacağını ve hem taşınabilir hem de büyük endüstriyel ölçeklerde uygulanabileceğini kimse çözememiş. FAST-PETaz, bu işlemleri 50 derece Celsius’tan düşük sıcaklıklarda gerçekleştirebiliyor.
Araştırma takımının bir sonraki hedefi, endüstriyel uygulamalar ve çevre uygulamalarına hazırlık yapmak için enzim üretimini artırmak. Teknoloji için patent başvurusunda bulunan araştırmacılar, birkaç farklı uygulama alanına daha bakıyor. Atık sahalarının temizlenmesi ve yüksek atık üreten endüstrilerin daha çevre dostu hale getirilmesi, bu uygulamalardan en öncelikli olanları. Fakat bir başka önemli uygulama potansiyeli de çevrenin iyileştirilmesi. Araştırma takımı, enzimleri kirli bölgelerin temizlenmesi için sahaya çıkarma doğrultusunda birkaç yöntemi inceliyor.
“Çevre temizliği uygulamalarını düşündüğünüzde, çevrede ortam sıcaklığında çalışabilen bir enzim gerekiyor. Teknolojimiz, gelecekte bu konuda dev bir avantaj taşıyacak” diyor Alper.
Kaynak: Austin – Teksas Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
