Giới khoa học vô tình phát hiện siêu enzyme phân hủy nhựa

Mỗi phút có khoảng 1 triệu chai nhựa được bán ra trên toàn thế giới (Nguồn: Independent).

Bước đột phá này có thể giúp giải quyết cuộc khủng hoảng ô nhiễm nhựa trên toàn cầu bằng cách tái chế hoàn toàn các loại chai nhựa lần đầu tiên trong lịch sử.

Nghiên cứu mới này xuất phát từ việc phát hiện ra một loại vi khuẩn tiến hóa tự nhiên khả năng ăn nhựa trong năm 2016, tại một bãi rác thải ở Nhật Bản. Và đến nay, giới khoa học đã công bố cấu trúc chi tiết của loại enzyme quan trọng mà loại vi khuẩn trên sản sinh ra giúp chúng có khả năng phân hủy nhựa.

Đội ngũ khoa học quốc tế sau đó chỉnh sửa chuỗi enzyme này để quan sát sự tiến hóa của nó, và các cuộc thử nghiệm sau đó cho thấy chuỗi enzyme này ăn mòn PET - loại nhựa sử dụng để chế tạo các chai nhựa – một cách mạnh mẽ hơn nhiều so với lúc chưa được chỉnh sửa.

"Chúng tôi thậm chí còn giúp cho loại enzyme này trở nên mạnh mẽ hơn" - Giáo sư John McGeehan, thuojc ĐH Portsmouth, Anh, người đứng đầu đội ngũ các nhà nghiên cứu thông báo và nói: "Đây là một phát hiện vĩ đại".

Loại enzyme đột biến này chỉ mất có vài ngày để phân hủy nhựa, trong khi phải mất đến vài thế kỷ nhựa mới bị phân hủy trong môi trường các đại dương. Giới khoa học hiện còn đang tiếp tục nghiên cứu để đẩy nhanh hơn quá trình phân hủy nhựa của loại enzyme này.

"Điều chúng tôi đang hy vọng làm được là sử dụng enzyme này để biến nhựa thành các thành phần ban đầu của chúng, từ đó tái chế chúng trở thành nhựa một lần nữa" - ông McGeehan nói và cho rằng: "Điều này có nghĩa chúng ta sẽ không cần phải khai thác thêm dầu mỏ để chế nhựa, và giúp giảm đáng kể lượng nhựa gây ô nhiễm trong môi trường".

Trên toàn thế giới, mỗi phút có khoảng 1 triệu chai nhựa được bán ra, trong đó chỉ có 14% được tái chế và phần còn lại bị đổ ra các đại dương, gây ra tình trạng ô nhiễm, ảnh hưởng tới môi trường sống các sinh vật biển và gây ngộ độc nguồn hải sản cung cấp cho con người.
Ngày nay, ngay cả những loại chai nhựa được đem đi tái chế cũng chỉ ở một mức độ nhất định, tức được chuyển thành sợi trong suốt dùng để may quần áo và thảm. Nhưng với loại enzyme mới, nhựa có thể được tái chế 100% để tái sử dụng một lần nữa, bởi vậy không cần phải chế thêm sản phẩm nhựa mới.

"Thực tế là dầu có giá khá thấp, bởi vậy mà nhựa PET cũng rẻ" - ông McGeehan nói và cho hay: "Chính vì điều này nên các nhà sản xuất thường lựa chọn chế tạo thêm thay vì tái chế nhựa".

Cấu trúc của chuỗi enzyme mới trông tương tự như chuỗi enzyme mà nhiều loài vi khuẩn sử dụng để phân hủy Cutin - một loại polymer được các loài thực vật sử dụng để làm lớp bao phủ bảo vệ. Sau đó, trong lúc đội ngũ khoa học chỉnh sửa enzyme để tìm hiểu thêm, họ vô tình cải thiện khả năng phân hủy PET của nó.

"Nó đã được cải thiện tới 20%, nhưng chưa phải hết" - ông McGeehan nói và khẳng định: "Điều này chứng tỏ chuỗi enzyme trên vẫn có thể được cải tiến. Chúng ta có thể sử dụng tất cả công nghệ từng dùng với loại enzyme khác để phát triển nó trở thành một chất phân hủy nhựa siêu nhanh".

Các loại enzyme công nghiệp được sử dụng khá rộng rãi, ví dụ như trong bột giặt hay các sản phẩm nhiên liệu sinh hóa. Chỉ trong vài năm, các loại enzyme này đã được cải tiến để đạt năng suất tăng gấp 1.000 lần. Và theo ông McGeehan, điều này cũng có thể áp dụng được với loại enzyme phân hủy nhựa.

Một trong những hướng đi mà các nhà khoa học đưa ra hiện nay là cấy loại enzyme đột biến trên vào một chủng vi khuẩn có khả năng sống sót ở nhiệt độ trên 70 độ C, ngưỡng nhiệt độ mà nhựa PET chuyển sang trạng thái lỏng, khiến nó bị phân hủy nhanh hơn từ 10-100 lần.

Trước khi phát hiện ra loại enzyme mới này thì giới khoa học cũng đã chú ý tới một số loại nấm có khả năng phân hủy nhựa PET. Tuy nhiên, vi khuẩn lại dễ khai thác hơn để sử dụng vào mục đích công nghiệp. Ngoài PET thì các loại nhựa khác thường dễ dàng bị phân hủy bởi vi khuẩn trong môi trường hiện tại.

Theo ông McGeehan, enzyme  vốn không có độc chất, dễ phân hủy và có thể sản xuất số lượng lớn, bởi vậy mà việc phát hiện ra loại enzyme đột biến có thể phân hủy nhựa PET được coi là một bước đột phá trong việc tái chế nhựa - chất đang gây ô nhiễm các đại dương.

Linh Chi