Penemuan di Loji Kitar Semula Jepun
Pada tahun 2016, sekumpulan penyelidik dari Universiti Kyoto dan Institut Teknologi Tokyo berjaya mengasingkan satu spesies bakteria yang luar biasa daripada sampel tanah dan enap cemar di sebuah loji kitar semula di Sakai, Jepun. Bakteria ini, yang kemudiannya dinamakan
Ideonella sakaiensis 201-F6, menunjukkan keupayaan untuk menggunakan polietilena tereftalat (PET) sebagai sumber karbon dan tenaga utama. Penemuan ini diterbitkan dalam jurnal
Science dan serta-merta mencetuskan gelombang minat dalam kalangan saintis dan industri kitar semula.
PET merupakan polimer plastik yang paling banyak digunakan di dunia, terutamanya dalam botol minuman dan pembungkusan makanan. Sifatnya yang tahan lama dan sukar diurai secara semula jadi menjadikannya antara punca utama pencemaran plastik di lautan dan tapak pelupusan sampah. Sebelum penemuan I. sakaiensis, tiada organisma yang diketahui mampu mengurai PET secara efisien dalam persekitaran semula jadi.
Mekanisme Enzim PETase
Kehebatan
I. sakaiensis terletak pada dua enzim yang dihasilkannya: PETase dan MHETase. PETase bertanggungjawab memecahkan rantai panjang PET kepada unit yang lebih kecil iaitu mono(2-hydroxyethyl) terephthalic acid (MHET). Seterusnya, MHETase menghidrolisis MHET kepada asid tereftalik dan etilena glikol, dua monomer yang boleh digunakan oleh bakteria untuk pertumbuhan. Proses ini berlaku pada suhu sekitar 30 darjah Celsius, menjadikannya sesuai untuk aplikasi industri tanpa memerlukan haba tinggi.
Kajian struktur kristal PETase yang dijalankan oleh pasukan dari Universiti Portsmouth, United Kingdom, mendedahkan bahawa enzim ini mempunyai rongga aktif yang lebih lebar berbanding enzim kutinase lain, membolehkannya mengikat permukaan PET yang licin dan kristal. Penemuan ini membuka jalan untuk kejuruteraan protein bagi meningkatkan aktiviti enzim.
Kajian Terbaharu dan Pengoptimuman Enzim
Sejak penemuan asal, pelbagai kajian telah dijalankan untuk meningkatkan kecekapan PETase. Pada tahun 2020, penyelidik dari Universiti Toulouse dan Carbios, sebuah syarikat bioteknologi Perancis, berjaya mencipta varian PETase yang dioptimumkan melalui mutasi titik. Varian ini, yang dikenali sebagai PETase* (atau FAST-PETase), menunjukkan peningkatan aktiviti sebanyak 3 hingga 4 kali ganda berbanding enzim asli. Kajian yang diterbitkan dalam
Nature ini menunjukkan bahawa enzim yang diubah suai mampu mengurai PET hampir sepenuhnya dalam tempoh 10 jam pada suhu 72 darjah Celsius.
Selain itu, penyelidik dari Universiti Korea Selatan telah menggabungkan PETase dengan enzim lain untuk mencipta sistem multienzim yang lebih efisien. Pendekatan ini membolehkan penguraian PET secara berterusan tanpa pengumpulan produk sampingan yang merencatkan aktiviti enzim. Kajian terbaharu pada tahun 2023 dalam Nature Communications melaporkan bahawa gabungan PETase dan MHETase yang diimobilisasikan pada permukaan nanopartikel dapat mengurai botol PET komersial dalam masa kurang daripada 24 jam pada suhu bilik.
Implikasi untuk Alam Sekitar dan Industri
Keupayaan
I. sakaiensis dan enzimnya untuk mengurai PET secara biologi menawarkan alternatif yang lebih mesra alam berbanding kaedah kitar semula mekanikal atau pembakaran. Kitar semula mekanikal sering menghasilkan plastik berkualiti rendah akibat degradasi polimer, manakala pembakaran melepaskan gas rumah hijau. Sebaliknya, penguraian enzimatik menghasilkan monomer tulen yang boleh digunakan semula untuk menghasilkan PET baharu, mewujudkan kitaran kitar semula yang benar-benar mampan.
Syarikat seperti Carbios telah memulakan pembinaan loji perintis di Perancis yang menggunakan enzim PETase untuk mengitar semula botol plastik. Jika berjaya, teknologi ini boleh mengurangkan pergantungan kepada bahan api fosil untuk menghasilkan plastik baharu dan mengurangkan jumlah sisa plastik yang berakhir di lautan. Di Malaysia, di mana pencemaran plastik menjadi isu kritikal, teknologi ini berpotensi untuk diadaptasi dalam industri kitar semula tempatan.
Cabaran dan Masa Depan
Walaupun menjanjikan, beberapa cabaran masih perlu diatasi sebelum teknologi ini dapat digunakan secara meluas. Pertama, enzim PETase masih memerlukan suhu optimum sekitar 30-40 darjah Celsius, manakala penguraian pada suhu bilik adalah lebih perlahan. Kedua, plastik PET dalam alam sekitar sering bercampur dengan bahan cemar lain yang boleh merencatkan aktiviti enzim. Ketiga, kos pengeluaran enzim pada skala besar masih tinggi, walaupun kemajuan dalam bioteknologi fermentasi dapat mengurangkannya.
Penyelidikan sedang giat dijalankan untuk menangani cabaran ini. Pendekatan seperti kejuruteraan protein, imobilisasi enzim pada bahan sokongan, dan penggunaan mikroorganisma rekombinan yang menghasilkan enzim secara berterusan sedang diterokai. Jika berjaya, Ideonella sakaiensis dan enzimnya boleh menjadi senjata utama dalam perang melawan pencemaran plastik global, membawa kita selangkah lebih dekat kepada ekonomi kitaran yang sebenar.
Ideonella sakaiensis: Bakteria Pemakan Plastik yang Merevolusikan Kitar Semula Global. Penemuan bakteria Ideonella sakaiensis di loji kitar semula Jepun pada tahun 2016 telah membuka lembaran baharu dalam usaha menangani pencemaran plastik global. Bakteria ini mampu menghadamkan polietilena tereftalat (PET) menggunakan enzim PETase yang unik. Kajian terbaharu menunjukkan pengoptimuman enzim ini melalui kejuruteraan protein dapat meningkatkan kecekapan penguraian plastik secara signifikan, menawarkan harapan untuk penyelesaian bioteknologi yang mampan.. Penemuan di Loji Kitar Semula Jepun
Pada tahun 2016, sekumpulan penyelidik dari Universiti Kyoto dan Institut Teknologi Tokyo berjaya mengasingkan satu spesies bakteria yang luar biasa daripada sampel tanah dan enap cemar di sebuah loji kitar semula di Sakai, Jepun. Bakteria ini, yang kemudiannya dinamakan Ideonella sakaiensis 201-F6, menunjukkan keupayaan untuk menggunakan polietilena tereftalat PET sebagai sumber karbon dan tenaga utama. Penemuan ini diterbitkan dalam jurnal Science dan serta-merta mencetuskan gelombang minat dalam kalangan saintis dan industri kitar semula.
PET merupakan polimer plastik yang paling banyak digunakan di dunia, terutamanya dalam botol minuman dan pembungkusan makanan. Sifatnya yang tahan lama dan sukar diurai secara semula jadi menjadikannya antara punca utama pencemaran plastik di lautan dan tapak pelupusan sampah. Sebelum penemuan I. sakaiensis , tiada organisma yang diketahui mampu mengurai PET secara efisien dalam persekitaran semula jadi.
Mekanisme Enzim PETase
Kehebatan I. sakaiensis terletak pada dua enzim yang dihasilkannya: PETase dan MHETase. PETase bertanggungjawab memecahkan rantai panjang PET kepada unit yang lebih kecil iaitu mono 2-hydroxyethyl terephthalic acid MHET . Seterusnya, MHETase menghidrolisis MHET kepada asid tereftalik dan etilena glikol, dua monomer yang boleh digunakan oleh bakteria untuk pertumbuhan. Proses ini berlaku pada suhu sekitar 30 darjah Celsius, menjadikannya sesuai untuk aplikasi industri tanpa memerlukan haba tinggi.
Kajian struktur kristal PETase yang dijalankan oleh pasukan dari Universiti Portsmouth, United Kingdom, mendedahkan bahawa enzim ini mempunyai rongga aktif yang lebih lebar berbanding enzim kutinase lain, membolehkannya mengikat permukaan PET yang licin dan kristal. Penemuan ini membuka jalan untuk kejuruteraan protein bagi meningkatkan aktiviti enzim.
Kajian Terbaharu dan Pengoptimuman Enzim
Sejak penemuan asal, pelbagai kajian telah dijalankan untuk meningkatkan kecekapan PETase. Pada tahun 2020, penyelidik dari Universiti Toulouse dan Carbios, sebuah syarikat bioteknologi Perancis, berjaya mencipta varian PETase yang dioptimumkan melalui mutasi titik. Varian ini, yang dikenali sebagai PETase atau FAST-PETase , menunjukkan peningkatan aktiviti sebanyak 3 hingga 4 kali ganda berbanding enzim asli. Kajian yang diterbitkan dalam Nature ini menunjukkan bahawa enzim yang diubah suai mampu mengurai PET hampir sepenuhnya dalam tempoh 10 jam pada suhu 72 darjah Celsius.
Selain itu, penyelidik dari Universiti Korea Selatan telah menggabungkan PETase dengan enzim lain untuk mencipta sistem multienzim yang lebih efisien. Pendekatan ini membolehkan penguraian PET secara berterusan tanpa pengumpulan produk sampingan yang merencatkan aktiviti enzim. Kajian terbaharu pada tahun 2023 dalam Nature Communications melaporkan bahawa gabungan PETase dan MHETase yang diimobilisasikan pada permukaan nanopartikel dapat mengurai botol PET komersial dalam masa kurang daripada 24 jam pada suhu bilik.
Implikasi untuk Alam Sekitar dan Industri
Keupayaan I. sakaiensis dan enzimnya untuk mengurai PET secara biologi menawarkan alternatif yang lebih mesra alam berbanding kaedah kitar semula mekanikal atau pembakaran. Kitar semula mekanikal sering menghasilkan plastik berkualiti rendah akibat degradasi polimer, manakala pembakaran melepaskan gas rumah hijau. Sebaliknya, penguraian enzimatik menghasilkan monomer tulen yang boleh digunakan semula untuk menghasilkan PET baharu, mewujudkan kitaran kitar semula yang benar-benar mampan.
Syarikat seperti Carbios telah memulakan pembinaan loji perintis di Perancis yang menggunakan enzim PETase untuk mengitar semula botol plastik. Jika berjaya, teknologi ini boleh mengurangkan pergantungan kepada bahan api fosil untuk menghasilkan plastik baharu dan mengurangkan jumlah sisa plastik yang berakhir di lautan. Di Malaysia, di mana pencemaran plastik menjadi isu kritikal, teknologi ini berpotensi untuk diadaptasi dalam industri kitar semula tempatan.
Cabaran dan Masa Depan
Walaupun menjanjikan, beberapa cabaran masih perlu diatasi sebelum teknologi ini dapat digunakan secara meluas. Pertama, enzim PETase masih memerlukan suhu optimum sekitar 30-40 darjah Celsius, manakala penguraian pada suhu bilik adalah lebih perlahan. Kedua, plastik PET dalam alam sekitar sering bercampur dengan bahan cemar lain yang boleh merencatkan aktiviti enzim. Ketiga, kos pengeluaran enzim pada skala besar masih tinggi, walaupun kemajuan dalam bioteknologi fermentasi dapat mengurangkannya.
Penyelidikan sedang giat dijalankan untuk menangani cabaran ini. Pendekatan seperti kejuruteraan protein, imobilisasi enzim pada bahan sokongan, dan penggunaan mikroorganisma rekombinan yang menghasilkan enzim secara berterusan sedang diterokai. Jika berjaya, Ideonella sakaiensis dan enzimnya boleh menjadi senjata utama dalam perang melawan pencemaran plastik global, membawa kita selangkah lebih dekat kepada ekonomi kitaran yang sebenar.