Plastikler mükemmel malzemelerdir: Çok yönlü ve neredeyse sonsuza kadar dayanıklıdır. Ancak ne yazık ki; bu durum aynı zamanda büyük bir sorunu da beraberinde getiriyor. Sadece bu 100 yıllık plastik üretim; plastik parçacıklar olarak her yerde, yeraltı suyunda, okyanuslarda, havada ve besin zincirinde bulunuyor. Her yıl endüstriyel olarak önemli olan yaklaşık 50 milyon ton PET üretilmektedir. Sadece küçük bir plastik parçası şu anda, ya kalitesiz ürünler üreten ya da ‘taze’ ham yağ eklenmesine bağlı olan pahalı ve enerji tüketen işlemlerle geri dönüştürülmektedir.
2016 yılında, bir grup Japon araştırmacı; PET’te büyüyen ve kısmen beslenen bir bakteri keşfetti. Bakterinin, PET plastik polimerleri sindirebilecek PETase ve MHETase olmak üzere iki özel enzime sahip olduğunu buldular. PETaz; plastiği, daha küçük PET yapı bloklarına, özellikle MHET’e ayırır ve MHETase, bunu PET’in iki temel prekürsör (öncü) yapı bloğuna, tereftalik asit ve etilen glikolüne böler. Her iki bileşen de kapalı bir sürdürülebilir üretim ve geri kazanım döngüsü için ham petrol eklenmeden yeni PET sentezi için çok değerlidir.
Nisan 2018’de PETaz’ın yapısı nihayet birkaç araştırma grubu tarafından bağımsız olarak çözüldü. Ayrıca Diamond Light Source’da deneylerde yer aldı. Bununla birlikte, PETase, çözümün sadece bir parçası. İkinci enzimin (MHETase) yapısını karakterize etmek de aynı derecede önemli.
MHETase, PETaz’dan çok daha büyük ve daha da karmaşık. Tek bir MHETase molekülü, 600 amino asitten veya yaklaşık 4000 atomdan oluşur. MHETase, PETaz’ın yüzeyinin yaklaşık iki katı büyüklüğünde bir yüzeye sahip. Bu yüzden, optimize etmek için oldukça büyük bir potansiyele var. PET’in ayrışması için, Berlin’deki Helmholtz-Zentrum ve Freie Universität Protein Kristallografi Araştırma Grubundan Biyokimyacı ve Yapısal Biyolog Dr. Gert Weber; Biyokimya Enstitüsü Biyoteknoloji Uzmanı Prof. Uwe Bornscheuer ile birlikte, MHETase’in yapısını çözme ve daha sonra PET geri dönüşümündeki uygulamalar için enzimi optimize ederek, bu görüşü kullanma fikrini geliştirdiler. Bunu yapmak için önce enzimi bakteriyel hücrelerden çıkarmak ve arındırmak zorunda kaldılar.
Çalışmada, ekipler şimdi, Berlin HZB’deki senkrotron* kaynağı olan BESSY II’de MHETase’nin karmaşık üç boyutlu mimarisini elde etmeyi başardılar.
Weber: “MHETase’in PET’e nasıl bağlandığını ve onu nasıl parçaladığını görmek için, MHETase’e bağlanan ancak onun tarafından parçalanmayan bir plastik parçasına ihtiyacınız vardır.”
Araştırmacı Dr. Gottfried Palm, bir PET şişeyi kesip, kimyasal olarak PET polimerini parçaladı ve ondan MHETase’e bağlanan fakat artık parçalanamayan küçük bir kimyasal bölüm sentezledi. Bu ‘bloke’ MHETase’dan, HZB’de yapısal incelemeler için minik kristaller üretildi.
BESSY II MX ışın çizgilerinden sorumlu Dr. Manfred Weiss: “Ortak araştırma grubu formatı sayesinde, herhangi bir zamanda çok hızlı bir şekilde ölçümler için talep edilen BESSY II MX ışın hatlarına ışın zamanı erişimi sunma olanaklarına sahibiz.”
MHETase’in üç boyutlu mimarisi aslında bazı özellikler gösteriyor: MHETase gibi enzimler, kimyasal bir reaksiyon oluşmadan önce, hedef moleküllerine bağlanır.
Gelecekte, Uwe Bornscheuer; PETase ve MHETase enzimlerini görevlerine göre sistematik olarak optimize etmeye çalışacak. (PET’in ayrışması.) Gert Weber, çevresel çalışmaları için plastik sindirici enzimleri sistematik olarak geliştirmek amacıyla, bu çalışmaları biyolojik yapılar üzerinde daha fazla çalışarak, tamamlamayı planlamaktadır.
Bu tür enzimleri örneğin kapalı biyoteknolojik döngülerde üretmek, PET plastiklerini ve diğer polimerleri temel yapı taşlarına ayırmanın bir yolu olabilir. Bu aynı zamanda ideal geri dönüşümün ve plastik atık sorununa uzun vadeli bir çözümün anahtarı olacaktır: Plastik üretimi kapalı bir döngü olacaktır ve artık ham yağa bağlı değildir.
* Senkroton: özel bir dairesel parçacık hızlandırıcı çeşitidir. Siklotron kavramından üremiş olan senkrotronda, parçacıklara yön veren manyetik alan, artan kinetik enerjili bir parçacık ışınına senkronize olduğundan zaman-bağımlıdır
