Các nhà khoa học vô tình tạo ra enzyme đột biến tiêu hủy được nhựa chỉ trong vài ngày

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.

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.

"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".

Ông John McGeehan.

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 lẫn 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.

Enzyme "ăn nhựa" PET.

"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.

PETase đột biến hiệu quả hơn PETase tự nhiên khoảng 20%, nhưng đội ngũ nói rằng điều quan trọng là giờ ta đã biết cách thức PETase hoạt động, cách làm cho nó hiệu quả hơn và có thể đột biến để tạo nên một loại PETase nhân tạo giải quyết được rác thải nhựa. Những phiên bản PETase tương lai thậm chí sẽ có thể được sử dụng để xử lý những loại rác thải "khó nhằn" khác, không chỉ là nhựa.

Sẽ phải mất một thời gian để ta có thể giải quyết được số lượng rác thải nhựa đang ngày một nhiều lên, nhưng ít ra là ta có lý do để lạc quan: ta đang nắm trong tay một công cụ tiêu hủy nhựa rất tiềm năng, một cách thức giúp Mẹ Thiên nhiên tiêu hủy được thứ nhựa mà chính ta thải ra.

Nhưng đây không phải là lý do để ta có thể thải ra bao nhiêu rác nhựa cũng được: thứ phế thải khó phân hủy này sẽ ảnh hưởng tới nhiều thế hệ sau nữa. Trước hết, ta hãy học cách dùng bớt đồ nhựa, ít thải rác nhựa hơn đã.

Tham khảo ScienceAlert