Các nhà khoa học vô tình tạo ra enzyme đột biến có khả năng phân hủy nhựa

Cập nhật: 14:27 | 18/04/2018
Mẫu enzyme đầu tiên được tìm thấy tại đất nước Nhật Bản, lẫn trong đất có tại một nhà máy tái chế nhựa. Cụ thể, nó là một loại vi khuẩn đã tiến hóa để có thể "ăn" được chai nhựa – thứ đang có rất nhiều ở môi trường sống của nó.

Các nhà khoa học từ Đại học Portsmouth của Anh và Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Mỹ tình cờ tạo ra một loại enzyme có khả năng phân hủy nhựa bằng phương pháp gây đột biến, mở ra giải pháp mới cho vấn đề ô nhiễm rác thải nhựa trên thế giới, AFP hôm qua đưa tin.

Khám phá này lần đầu tiên xuất hiện trước công chúng là năm 2016, và giờ mọi thứ đã còn tiến triển thêm một bước nữa: khi nghiên cứu cách thức con vi khuẩn này bẻ gãy được cấu trúc hóa học của nhựa, họ "lỡ tay" tạo ra một loại enzyme đột biến có khả năng tiêu hủy nhựa còn hiệu quả hơn con vi khuẩn kia.

"Yếu tố may mắn thường đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu khoa học, lần này cũng chẳng khác gì", nhà sinh vật học cấu trúc John McGeehan từ Đại học Portsmouth nói.

cac nha khoa hoc vo tinh tao ra enzyme dot bien co kha nang phan huy nhua
Enzyme "ăn nhựa" PET.

"Nghiên cứu này cho thấy ta có thể cải thiện những enzyme này, đưa ta gần hơn tới một giải pháp tái chế hiệu quả trước vấn nạn rác thải nhựa đang ngày một nghiêm trọng".

Đội ngũ của ông McGeehan, bao gồm cả những nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái chế Quốc gia (NREL) trực thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, đã phát hiện ra cách đột biến enzyme này khi nghiên cứu cấu trúc tinh thể của PETase – thứ enzyme giúp vi khuẩn tới từ Nhật Bản, Ideonella sakaiensis, có thể tiêu hủy được nhựa.

Nhựa PET bắt đầu được sử dụng rộng rãi từ những năm 1940. Nhưng mới chỉ gần đây, vi khuẩn Ideonella sakaiensis mới bắt đầu biết ăn nhựa. Cũng vì mới "học" được chiêu trò này, nên là tốc độ ăn nhựa vẫn còn chậm lắm.

Đó chính là lý do khiến Ideonella sakaiensis vẫn chưa là giải pháp hiệu quả trước vấn nạn rác thải nhựa đang làm bẩn cả đất liền và biển cả. Việc phân hủy nhựa PET tự nhiên mất tới cả vài thế kỷ, thứ enzyme đột biến trên có thể phân hủy nhựa chỉ trong vòng vài ngày.

"Chỉ sau 96 tiếng, bạn có thể thấy rõ rằng PETase đang tiêu hủy dần PET", một nhà khoa học khác thuộc NREL, Bryon Donohoe, phát biểu. "Thử nghiệm này sử dụng chính thứ rác nhựa được tìm thấy trên biển và đất liền".

Để xem xét kĩ càng cách thức PETase ăn mòn nhựa, đội ngũ nghiên cứu sử dụng tia X-quang tạo ra một hình mẫu 3D có độ phân giải cực cao của enzyme này, xem rõ được rằng nhờ bộ phận nào, PETase có thể phân hủy được PET. Trong lúc đó họ ngẫu nhiên phát hiện được cách thức cải tiến nó.

"Việc có thể nhìn được cơ chế hoạt động bên trong enzyme đã cho chúng tôi cơ hội tạo nên được một enzyme hiệu quả hơn, hoạt động nhanh hơn", trưởng ban nghiên cứu McGeehan nói.

Nhóm nghiên cứu thử biến đổi điểm hoạt động của enzyme PETase để làm nó giống với enzyme cutinase hơn. Kết quả thu được rất bất ngờ khi enzyme đột biến được tạo ra có khả năng phân hủy nhựa PET tốt hơn cả enzyme PETase trong vi khuẩn Ideonella sakaiensis.

Kết quả của nghiên cứu có ý nghĩa rất quan trọng. Ước tính hơn 8 triệu tấn rác thải nhựa bị thải xuống biển mỗi năm, hầu hết chúng cần hàng trăm năm để tự phân hủy trong môi trường tự nhiên. "Enzyme được tạo ra thật đáng kinh ngạc. Nhựa plastic thông thường có thể mất tới 400 năm để phân hủy, nhưng bây giờ chúng ta đã có thể phân hủy chúng chỉ trong vài ngày", giáo sư John McGreehan từ Đại học Portsmouth cho biết.

Nghiên cứu đã được xuất bản trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences của Mỹ. Các nhà khoa học cho biết cần thêm thời gian nghiên cứu để cải tiến enzyme, với hy vọng có thể sớm ứng dụng chúng trên quy mô lớn để xử lý rác thải nhựa trên toàn thế giới.

PV (Tham khảo ScienceAlert)