Plastik bozundurucu bakteriler, büyüyen plastik kirliliği krizine gelecekteki potansiyel bir çözümdür. Yüksek moleküler ağırlıklı polimer çok güçlüdür ve ayrılması zordur, ancak doğru tekniklerle imkansız değildir. Darbe anında kırılmayan sağlam ketçap şişelerinin parçalanmaması, ayrışmasının 400 yıldan fazla sürdüğü trajik bir gerçektir. Plastik o kadar sık kullanılıyor ki, onsuz bir hayatı hayal etmek neredeyse imkansız. Eskiden süt cam şişede alınabiliyorken, günümüzde her şey bir çeşit plastik ambalaj içinde tüketiciye ulaşıyor. Plastik sağlam, dayanıklı, esnek ve aşınmaya ve yırtılmaya karşı dirençlidir ve genellikle camın en ucuz alternatifidir. Plastik geçmişte modern bir görünüm gibi görünse de bugün öyle değil. Çünkü geri dönüştürülemeyen plastik kullanımının azaltılması gerektiğinin herkes farkında. İklim ve sürdürülebilirlik krizi arttıkça bu gereklidir çünkü plastik kolayca bozulmaz.
Plastik, PET (polietilen tereftalat) ve polietilen dahil olmak üzere birçok türde mevcuttur. Bunlar, ev eşyalarında en yaygın bulunan ve parçalanması en zor olan plastik türleridir. Neyse ki, doğada bulunan daha güvenilir organizmalar bu sorun için umut verebilir. Bu makale, bakterilerin plastik sorununa çözüm olarak nasıl yardımcı olabileceği hakkında bilgiler içermektedir.
İçindekiler
Plastiğin bozunması neden bu kadar zor?
Plastik, karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve klor gibi çeşitli elementlerden oluşan sentetik bir malzemedir. Tekrarlayan monomer birimlerinden yapılmış yüksek moleküler ağırlıklı bir polimerdir. Petrol yan ürünleri, plastik üretiminde önemli bir hammaddedir. Polietilen veya polietilen en yaygın yan üründür ve plastiğin biyolojik olarak parçalanamayan doğasından sorumludur. Örneğin plastik oluşumu sırasında, birkaç etilen veya propilen monomeri, güçlü hidrojen kuvvetlerinin yardımıyla birbirine bağlanır. Bu kuvvetlerin kırılması neredeyse imkansızdır ve nihai ürün plastiğini neredeyse yok edilemez hale getirir. Bunun nedeni basit: Petrolün kendisi, mikroorganizmalar tarafından milyonlarca yıllık çürümenin ürünüdür. Bu nedenle petrol türevli ürünlerin ayrışması uzun zaman almaktadır. Doğal olarak oluşan bakteriler, bu karmaşık bileşiklerin doğasını nadiren anlayabilir ve bu nedenle onları parçalayamazlar.
Plastiği parçalamak mümkün mü?
Bu soru, çok uzun bir süredir dünyanın dört bir yanındaki bilim adamlarını ve çevrecileri şaşırtıyor. Plastiğe ve yarı ölümsüz doğasına yönelik üretim ve artan talep, uzmanlardan ve bilim adamlarından ciddi eleştiriler aldı. Günümüzde birçok plastik parçalama yöntemi uygulanmaktadır, ancak plastiğin tamamen ortadan kaldırılması uzak bir olasılık olmaya devam etmektedir. En yaygın plastik bozunma biçimleri, ultraviyole (UV) ışığa maruz kalmanın yanı sıra rüzgar veya dalgaların neden olduğu mekanik yıkımı içerir. Sürecin sonunda, daha büyük plastikler, nano ve mikro plastikler adı verilen daha küçük parçalara ayrılır. Mikroplastik 5 mm’den küçükken, nanoplastik parça 0,1 µm’den küçüktür.
Plastikler, mekanik yöntemler kullanılarak bir dereceye kadar bozunabilir, ancak mikro ve nanoplastikler gibi son ürünler deniz ve kara ekosistemine girer. Bu küçük parçalar yiyeceklere karışarak deniz ve kara hayvanları tarafından tüketilir ve besin zincirinde son bulur. Acanthochromis polyacanthus balığı üzerinde yapılan bir araştırma, balığın bağırsak lümeninde 300 mikrometreden daha büyük mikroplastiklerin bulunduğunu ortaya çıkardı. Sadece balıklar değil, koyun veya keçi gibi vahşi hayvanlar da yanlışlıkla mikro veya nanoplastik tüketebilir. Bir hayvan plastiği tam olarak sindiremediği için sindirim sisteminde birikir. Bu plastik, sonunda bu hayvanların sindirim yolları tüketildiğinde insan vücuduna giriyor. Plastikler kanserojenler, kurşun, kadmiyum ve cıva gibi çeşitli toksik bileşenler içerir ve yutulması halinde önemli zararlara neden olabilir. Mevcut mekanik plastik bozundurma yöntemleri yetersizdir çünkü plastiği tamamen bozamazlar. İçinde bulunan farklı enzimler nedeniyle mikroorganizmaların çalıştığı yer burasıdır.
Plastik, 1960’larda piyasaya sunulduğundan beri üretiminde ve kullanımında katlanarak bir büyüme gördü.Doğa, plastik kullanımındaki bu kadar hızlı artışı kaldıramaz. Sonuç olarak, doğadaki bakterilerin çoğu, plastiği tamamen parçalayabilen enzimlerle tam olarak gelişmemiştir. Ancak, eskilerin dediği gibi, iradenin olduğu yerde bir yol vardır. 2016 yılında, Kyoto Institute of Technology’den bir araştırma ekibi ilk kez Ideonella sakaiensis’i (çoğul: bakteri) tanımladı. Bakteri, Japonya’daki bir PET şişe geri dönüşüm tesisinde bulundu ve insanlığın ihtiyaç duyduğu plastik parçalayıcı nitelikleri sağlayabilir! Daha önce imkansız olanı başarabilenler sadece bu bakteriler değil. Polimer plastikleri oligomerlere (8 monomer) ve monomerlere indirgeyebilen başka birçok tür vardır.
Actinomyces ve Thermobifidia, Thermomonospora ve Saccharomonospora cinslerine ait bakteriler, plastik parçalayıcı enzimlerle bazı umut verici sonuçlar göstermiştir. Plastiği parçalayabilen daha fazla bakteri var, ancak içlerindeki enzimler endüstriyel kullanım için yavaş. Bakterilerin büyük ölçekte kullanılabilmesi için daha yapılacak çok araştırma var.
Mikroorganizmalar plastiği nasıl parçalar?
Ideonella sakaiensis, bakterilerin plastiği nasıl azaltabileceğini gösteren en iyi çalışılan modeldir. Polietilen tereftalat (PET) ve polistiren en yaygın kullanılan ev plastikleridir. Bir enzim, kimyasal reaksiyonları hızlandırabilen biyolojik bir katalizördür. Bir hidrolaz reaksiyonu, kimyasal bir bağı kırmak için bir su molekülü kullanan herhangi bir reaksiyondur. Kısaca PETaz reaksiyonu, bir su molekülü yardımıyla bir karbon bağının kırılmasını içeren enzimatik bir reaksiyondur. PET, bakteriler için ana karbon ve enerji kaynağıdır.
PETaz, PET’i mono(2-hidroksietil) tereftalik asit (MHET) ve etilen glikole hidrolize eder. Her iki son ürün de nispeten iyi huyludur ve daha basit yöntemlerle parçalanması kolaydır. MHET, hücrenin dış zarı tarafından iki monomerik bileşiğe ayrıştırılırken, etilen glikol kolayca alınır ve I. sakaiensis ve çevredeki diğer bakteriler tarafından kullanılır. Thermobifidia bakterisinden elde edilen dört enzim, PET indirgeyici olarak tanımlandı. Enzimler ara MHET ürünü tarafından kısmen inaktive edildiğinden bazı sınırlamalar vardır. Bu engeli aşmak için çaba gösteriliyor. Polietilen (PE) veya polietilen, bozunma için mikroorganizmaları hedefleyen uzun zincirli bir etilen monomer polimeridir. psödomonas, stafilokok, streptokok vb. Streptokoklar dahil olmak üzere çeşitli bakteriler polietileni bozabilir. Spergillus, Cladosporium, Penicillium ve diğerleri gibi bazı mantar türlerinin de PE’yi bozduğu varsayılmaktadır. Polietilen plastiği parçalamak için yukarıda belirtilen bakteri ve mantarların kullanımı halen araştırılmaktadır ve etkinliği ve gelecekteki potansiyeli hakkında hala somut bir kanıt yoktur.
Genel olarak, plastik bozundurucu bakteriler, potansiyel olarak karanlık, plastikle dolu bir gelecek için kesinlikle bir umut ışığıdır, ancak yine de dikkate alınması gereken birçok faktör vardır. Sorun, plastiğin yüksek moleküler ağırlığıdır ve ilk kalıplanması, aşılması gereken engeldir. Plastiği hızla parçalayabilen birçok enzim var, ancak bunları geliştirip tanımlayacak teknoloji henüz emekleme aşamasında. Böyle umut verici bir kaynak, metagenomik veri kümelerinin kullanılmasıdır. Metagenomik, doğrudan kaynaktan elde edilen genetik materyalin incelenmesidir. Yapılan bilimsel araştırmaların çoğu, saf mikrobiyal kültürlerin incelenmesini içerir. Bazen bu, izole edilmiş mikropların doğal ortamlarında diğer mikroplarla nasıl etkileşime girdiğinin anlaşılmasını azaltır.
Metagenomik bu boşluğu doldurur ve evlerdeki mikropları incelemek için bir araç sağlar. Bu yöntem, benzer bir ortamda yaşayan yeni mikrop türlerini ortaya çıkarma potansiyeline sahip olabilir. Ideonella sakaiensis’e neden olma potansiyeline sahiptir. Bu, plastik sorununa kolay ve bariz bir çözüm gibi görünse de, daha yapılacak çok araştırma var. Birey olarak yapabileceğimiz tek şey, plastik kullanımını azaltmak için bilinçli bir çaba göstermek. Bu küçük adım önemsiz görünse de, bizim ve dünyadaki gelecek nesiller için büyük fayda sağlayabilir!
kaynak:
https://theconversation.com/how-plastic-eating-bacteria-actually-work-a-chemist-explains-95233
https://www.theguardian.com/environment/2020/apr/08/scientists-create-mutant-enzyme-that-recycles-plastic-bottles-in-hours
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]