ข่าวดีและเป็นข่าวใหญ่สำหรับคนห่วงว่าโลกจะจมพลาสติก กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเทกซัสเมืองออสติน สหรัฐอเมริกา ได้สร้างเอนไซม์ดัดแปลงที่สามารถย่อยสลายพลาสติกได้ แทนที่จะต้องใช้เวลาหลายศตวรรษในการย่อยสลาย ก็สามาถสลายได้ภายในเวลาไม่กี่วัน
พวเขาใช้ Machine learning (อัลกอริทึมของคอมพิวเตอร์) เพื่อผลิตการกลายพันธุ์แล้วสร้างโปรตีนที่ออกฤทธิ์เร็วซึ่งสามารถทำลายโครงสร้างย่อยของโพลิเอทิลีนเทเรพทาเลต (PET) อันเป็นพลาสติกที่ใช้กันกว้างขวาง ซึ่งเอนไซม์ตัวนี้ทำลายพลาสติกในหนึ่งสัปดาห์
พูดในภาษาวิทยาศาสตร์ก็คือ มันจะผ่านกระบวนการที่เรียกว่า “ดีพอลิเมอไรเซชัน” (Depolymerization) หรือการสลายพอลิเมอร์ ซึ่งตัวเร่งปฏิกิริยาจะแยกหน่วยการสร้างที่ประกอบเป็น PET ให้เป็นโมโนเมอร์ดั้งเดิม ซึ่งสามารถนำไปทำปฏิกิริยาโพลีเมอร์อีกครั้ง คือทำให้มันกลับเป็นพลาสติกบริสุทธิ์ แล้วแปลงเป็นผลิตภัณฑ์อื่น ๆ
เอนไซม์ตัวนี้เรียกว่า FAST-PETase มีประสิทธิภาพยืนยันผ่านการศึกษาแล้ว โดยทำการศึกษาภาชนะพลาสติกหลังการบริโภค 51 แบบ เส้นใยโพลีเอสเตอร์และผ้า 5 แบบ และขวดน้ำทั้งหมดที่ทำจาก PET และสารละลายชีวภาพยังใช้พลังงานน้อยกว่ามาก เมื่อเทียบกับระบบรีไซเคิลแบบเดิม ๆ โดย FAST-PETase สามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 50 องศาเซลเซียส
“เมื่อพิจารณาถึงการใช้งานการทำความสะอาดสิ่งแวดล้อม คุณต้องมีเอนไซม์ที่สามารถทำงานในสิ่งแวดล้อมที่อุณหภูมิห้อง ข้อกำหนดนี้เป็นจุดที่เทคโนโลยีของเรามีข้อได้เปรียบอย่างมากในอนาคต” ฮัล อัลเปอร์ หนึ่งในนักวิจัยกล่าวกับ UT News.
พวกเขาบอกว่า PET คิดเป็น 12% ของขยะมูลฝอยทั่วโลก แต่เราสามารถสร้างเศรษฐกิจคาร์บอนแบบหมุนเวียนผ่าน PET ได้ในทางทฤษฎีผ่านการทำดีพอลิเมอไรเซชันด้วยเอนไซม์อย่างรวดเร็ว ตามด้วย “รีพอลิเมอไรเซชัน” (Repolymerization) หรือการแปลง/แปรสภาพเป็นผลิตภัณฑ์อื่น ๆ
การค้นพบนี้เผยแพร่ในวารสาร Nature จะสามารถช่วยแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เร่งด่วนที่สุดปัญหาหนึ่งของโลกได้ นั่นคือจะทำอย่างไรกับขยะพลาสติกจำนวนหลายพันล้านตันที่สะสมอยู่ในหลุมฝังกลบและก่อให้เกิดมลพิษต่อดินและน้ำตามธรรมชาติบนโลก
“สิ่งนี้มีข้อได้เปรียบเหนือการรีไซเคิลตามระบบแบบเดิม ๆ” ฮัล อัลเปอร์ หนึ่งในนักวิจัยกล่าวกับ Motherboard “ถ้าคุณจะละลายพลาสติกแล้วทำใหม่ คุณจะเริ่มสูญเสียความสมบูรณ์ของพลาสติกในแต่ละรอบที่คุณผ่านการรีไซเคิล เมื่อเทียบกับวิธีนี้ ถ้าคุณสามารถดีพอลิเมอไรซ์แล้วรีโพลิเมอไรซ์ทางเคมี คุณก็สามารถผลิตพลาสติก PET บริสุทธิ์ได้ทุกครั้ง”
การวิจัยเกี่ยวกับเอนไซม์เพื่อการรีไซเคิลพลาสติกมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วง 15 ปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีใครสามารถคิดหาวิธีสร้างเอ็นไซม์ที่สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ เพื่อทำให้เป็นเอนไซม์ที่พกพาสะดวกและมีราคาจับต้องได้ในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่
ลำดับต่อไป ทีมงานวางแผนที่จะขยายการผลิตเอนไซม์เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมและสิ่งแวดล้อม นักวิจัยได้ยื่นคำขอรับสิทธิบัตรสำหรับเทคโนโลยีนี้และกำลังมองหาการใช้งานที่แตกต่างกันหลายประการ แต่การใช้งานที่เป็นไปได้ที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม ทีมงานกำลังมองหาวิธีต่าง ๆ ในการนำเอ็นไซม์ออกสู่ภาคสนามเพื่อทำความสะอาดแหล่งมลพิษ
อ้างอิง
- Lu, H., Diaz, D.J., Czarnecki, N.J. et al. Machine learning-aided engineering of hydrolases for PET depolymerization. Nature 604, 662–667 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04599-z
- Audrey Carleton. (May 5, 2022). Scientists Discover Method to Break Down Plastic in Days, Not Centuries. Motherboard.
- “Plastic-eating Enzyme Could Eliminate Billions of Tons of Landfill Waste”. (April 27, 2022). UT News.