Bakteria Pemakan Plastik: Penemuan Terbaharu Mendedahkan Enzim PETase yang Diubah Suai Mampu Mengurai Sisa Polietilena dalam Masa 24 Jam

Bakteria Pemakan Plastik: Penemuan Terbaharu Mendedahkan Enzim PETase yang Diubah Suai Mampu Mengurai Sisa Polietilena dalam Masa 24 Jam. Kajian terbaharu oleh penyelidik dari University of Portsmouth dan Institut Teknologi Massachusetts (MIT) telah berjaya mengubah suai enzim PETase yang berasal daripada bakteria Ideonella sakaiensis. Enzim yang diubah suai ini mampu mengurai plastik polietilena tereftalat (PET) dalam masa 24 jam, jauh lebih cepat berbanding enzim asli yang mengambil masa beberapa minggu. Penemuan ini membuka jalan kepada penyelesaian bioteknologi yang mampan untuk menangani krisis pencemaran plastik global, dengan potensi untuk merevolusikan industri kitar semula dan mengurangkan sisa plastik di tapak pelupusan sampah.. Pengenalan: Krisis Plastik dan Harapan Baharu Pencemaran plastik merupakan salah satu cabaran alam sekitar yang paling mendesak pada abad ke-21. Setiap tahun, lebih 300 juta tan plastik dihasilkan di seluruh dunia, dan sebahagian besarnya berakhir di lautan, tapak pelupusan sampah, atau terbakar secara terbuka. Polietilena tereftalat PET , yang digunakan secara meluas dalam botol minuman dan pembungkusan makanan, adalah antara polimer yang paling sukar diurai secara semula jadi. Walau bagaimanapun, penemuan bakteria Ideonella sakaiensis pada tahun 2016 oleh penyelidik Jepun telah membuka lembaran baharu dalam bidang bioteknologi alam sekitar. Bakteria ini menghasilkan enzim PETase yang mampu memecahkan ikatan ester dalam PET, menjadikannya calon utama untuk penguraian plastik secara biologi. Kini, satu kajian terbaharu yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications pada tahun 2023 telah berjaya mengubah suai enzim ini untuk berfungsi dengan lebih cekap, membolehkan penguraian plastik dalam masa 24 jam sahaja. Asal Usul Bakteria Ideonella sakaiensis Bakteria Ideonella sakaiensis pertama kali ditemui di luar pusat kitar semula di Sakai, Jepun, oleh pasukan penyelidik dari Universiti Kyoto dan Institut Teknologi Tokyo. Bakteria ini mempunyai keupayaan unik untuk menggunakan PET sebagai sumber karbon dan tenaga utama. Enzim PETase yang dihasilkan oleh bakteria ini berfungsi dengan menghidrolisis ikatan ester dalam rantai polimer PET, menghasilkan monomer asid tereftalik dan etilena glikol. Monomer-monomer ini kemudiannya boleh digunakan semula untuk menghasilkan plastik baharu, menjadikan proses ini sebagai kitaran yang mampan. Walau bagaimanapun, enzim asli berfungsi pada kadar yang sangat perlahan, mengambil masa beberapa minggu untuk mengurai sejumlah kecil plastik. Hal ini mendorong penyelidik untuk mencari cara meningkatkan kecekapan enzim tersebut. Mekanisme Enzim PETase dan Pengubahsuaian Genetik Enzim PETase tergolong dalam keluarga enzim hidrolase yang memecahkan ikatan ester. Struktur tiga dimensi enzim ini telah dipetakan menggunakan kristalografi sinar-X, mendedahkan tapak aktif yang berbentuk seperti poket yang sesuai dengan rantai polimer PET. Dalam kajian terbaharu, penyelidik dari University of Portsmouth dan MIT menggunakan teknik kejuruteraan protein untuk mengubah suai beberapa asid amino dalam tapak aktif enzim. Dengan menggantikan residu tertentu, mereka berjaya meningkatkan kestabilan terma dan afiniti enzim terhadap substrat PET. Hasilnya, enzim yang diubah suai ini mampu memecahkan plastik pada suhu 70 darjah Celsius, iaitu suhu yang lebih tinggi daripada takat peralihan kaca PET, membolehkan rantai polimer menjadi lebih fleksibel dan mudah diurai. Uji kaji makmal menunjukkan bahawa enzim ini dapat mengurai 90% plastik PET dalam masa 24 jam, berbanding hanya 10% dengan enzim asli dalam tempoh yang sama. Implikasi terhadap Industri Kitar Semula dan Alam Sekitar Penemuan ini mempunyai implikasi yang besar terhadap industri kitar semula dan pengurusan sisa plastik. Kaedah kitar semula mekanikal konvensional sering menghasilkan plastik berkualiti rendah yang tidak boleh digunakan semula untuk pembungkusan makanan. Sebaliknya, penguraian enzimatik menghasilkan monomer tulen yang boleh dipolimer semula menjadi plastik PET berkualiti tinggi, mencipta kitaran kitar semula yang benar-benar mampan. Selain itu, proses ini beroperasi pada suhu yang lebih rendah dan menggunakan lebih sedikit tenaga berbanding kaedah pirolisis atau depolimerisasi kimia. Dalam skala industri, enzim PETase yang diubah suai ini boleh digunakan dalam reaktor biologi untuk mengurai sisa plastik secara besar-besaran, mengurangkan jumlah plastik yang berakhir di lautan dan tapak pelupusan sampah. Kajian juga menunjukkan bahawa enzim ini boleh dihasilkan secara besar-besaran menggunakan mikroorganisma perumah seperti Escherichia coli, menjadikannya kos efektif untuk aplikasi komersial. Cabaran dan Hala Tuju Masa Depan Walaupun penemuan ini sangat menjanjikan, beberapa cabaran masih perlu diatasi sebelum teknologi ini dapat digunakan secara meluas. Pertama, enzim PETase yang diubah suai masih memerlukan suhu tinggi 70 darjah Celsius untuk berfungsi secara optimum, yang mungkin meningkatkan kos tenaga. Penyelidik kini sedang berusaha untuk menghasilkan varian enzim yang aktif pada suhu bilik. Kedua, plastik PET sering bercampur dengan bahan lain seperti label, gam, dan penutup botol yang boleh mengganggu proses enzimatik. Sistem pra-rawatan yang cekap diperlukan untuk mengasingkan PET daripada bahan cemar. Ketiga, skala pengeluaran enzim perlu ditingkatkan untuk memenuhi permintaan industri. Walau bagaimanapun, dengan pelaburan yang betul dalam penyelidikan dan pembangunan, teknologi ini berpotensi untuk menjadi penyelesaian utama dalam menangani krisis pencemaran plastik global. Beberapa syarikat pemula seperti Carbios di Perancis dan Samsara Eco di Australia telah mula mengkomersialkan teknologi penguraian enzimatik plastik, menandakan bahawa masa depan kitar semula plastik mungkin akan didorong oleh enzim yang diubah suai secara genetik. Kesimpulan: Satu Langkah Ke Arah Planet yang Lebih Bersih Penemuan enzim PETase yang diubah suai ini merupakan satu kejayaan besar dalam bidang bioteknologi alam sekitar. Dengan keupayaan untuk mengurai plastik PET dalam masa 24 jam, teknologi ini menawarkan harapan baharu untuk mengurangkan pencemaran plastik yang semakin meruncing. Walaupun masih terdapat cabaran yang perlu diatasi, potensi untuk merevolusikan industri kitar semula dan mengurangkan jejak karbon adalah sangat besar. Kajian ini juga menunjukkan betapa pentingnya penyelidikan asas dalam mikrobiologi dan kejuruteraan protein untuk menyelesaikan masalah global. Dengan sokongan daripada kerajaan, industri, dan masyarakat, teknologi ini boleh menjadi alat yang ampuh dalam usaha kita untuk melindungi alam sekitar dan mewujudkan ekonomi kitaran yang mampan.