Penemuan Terbaharu: Bakteria Ideonella sakaiensis Mampu Mengurai Plastik PET – Kajian Mendedahkan Mekanisme Enzim PETase dan Potensi Revolusi Kitar Semula

Penemuan Terbaharu: Bakteria Ideonella sakaiensis Mampu Mengurai Plastik PET – Kajian Mendedahkan Mekanisme Enzim PETase dan Potensi Revolusi Kitar Semula. Bakteria Ideonella sakaiensis yang ditemui di loji kitar semula di Jepun mampu menggunakan polietilena tereftalat (PET) sebagai sumber karbon utama. Kajian yang diterbitkan dalam jurnal *Science* pada tahun 2016 mendedahkan enzim PETase yang memecahkan PET kepada monomer asas. Penyelidikan terkini menunjukkan pengubahsuaian enzim ini meningkatkan kecekapan penguraian sehingga 20 kali ganda, membuka jalan kepada teknologi kitar semula biologi yang mesra alam.. Krisis Plastik Global dan Pencarian Penyelesaian Biologi Pencemaran plastik telah menjadi salah satu cabaran alam sekitar yang paling mendesak pada abad ke-21. Setiap tahun, lebih 300 juta tan plastik dihasilkan di seluruh dunia, dengan sebahagian besarnya berakhir di tapak pelupusan sampah atau lautan. Polietilena tereftalat PET , plastik yang biasa digunakan dalam botol minuman dan pembungkusan makanan, amat sukar diurai secara semula jadi kerana struktur polimernya yang stabil. Anggaran menunjukkan bahawa botol PET boleh mengambil masa sehingga 450 tahun untuk terurai sepenuhnya di alam sekitar. Keadaan ini mendorong para saintis mencari kaedah alternatif yang lebih mampan, termasuk penggunaan mikroorganisma yang mampu mendegradasikan plastik. Penemuan Bakteria Pemakan Plastik di Jepun Pada tahun 2016, satu pasukan penyelidik dari Institut Teknologi Kyoto dan Universiti Keio di Jepun membuat penemuan yang mengejutkan dunia saintifik. Mereka berjaya mengasingkan sejenis bakteria baru yang diberi nama Ideonella sakaiensis daripada sampel tanah dan air sisa di loji kitar semula botol PET di Sakai, Jepun. Bakteria ini menunjukkan keupayaan unik untuk menggunakan PET sebagai sumber karbon dan tenaga utama. Kajian yang diterbitkan dalam jurnal Science dengan tajuk "A bacterium that degrades and assimilates poly ethylene terephthalate " mendokumentasikan bagaimana I. sakaiensis dapat memecahkan filem PET nipis dalam masa enam minggu pada suhu 30 darjah Celsius. Penemuan ini membuka perspektif baru dalam bidang bioremediasi plastik. Mekanisme Enzim PETase dan MHETase Keupayaan I. sakaiensis untuk mengurai PET bergantung kepada dua enzim utama: PETase dan MHETase. Enzim PETase bertanggungjawab memecahkan rantai panjang PET kepada monomer antara yang lebih kecil, iaitu mono 2-hydroxyethyl terephthalic acid MHET . Seterusnya, enzim MHETase menghidrolisis MHET kepada dua monomer asas: asid tereftalik dan etilena glikol. Kedua-dua monomer ini kemudiannya digunakan oleh bakteria sebagai sumber karbon untuk pertumbuhan. Struktur kristal PETase yang dihasilkan oleh I. sakaiensis menunjukkan persamaan dengan enzim cutinase, tetapi mempunyai rongga aktif yang lebih terbuka, membolehkannya mengikat permukaan PET yang hidrofobik. Penemuan ini diterbitkan dalam Nature Communications pada tahun 2018 oleh pasukan dari Universiti Portsmouth dan Institut Teknologi Kyoto. Pengoptimuman Enzim untuk Aplikasi Industri Walaupun penemuan awal amat memberangsangkan, kecekapan PETase semula jadi masih rendah untuk aplikasi industri. Kajian lanjutan oleh pasukan dari Universiti Portsmouth yang diketuai oleh Profesor John McGeehan berjaya menghasilkan varian PETase yang diubah suai secara genetik. Dengan menggabungkan PETase dengan enzim MHETase dan menambah mutasi pada tapak aktif, mereka berjaya meningkatkan kecekapan penguraian PET sebanyak 20 kali ganda berbanding enzim asli. Penemuan ini dilaporkan dalam Nature pada tahun 2020. Varian enzim ini mampu mengurai botol PET sepenuhnya dalam masa kurang dari 24 jam pada suhu 50 darjah Celsius. Ini merupakan lonjakan besar ke arah proses kitar semula biologi yang praktikal. Potensi Revolusi dalam Industri Kitar Semula Teknologi berasaskan enzim PETase menawarkan beberapa kelebihan berbanding kaedah kitar semula mekanikal tradisional. Pertama, ia dapat mengurai plastik bercampur atau tercemar tanpa memerlukan pengasingan yang rumit. Kedua, monomer yang dihasilkan adalah sangat tulen dan boleh digunakan semula untuk menghasilkan PET baru dengan kualiti yang setara dengan plastik dara. Ini mewujudkan ekonomi kitaran sebenar untuk plastik. Beberapa syarikat permulaan seperti Carbios di Perancis dan Loop Industries di Kanada telah mula mengkomersialkan teknologi ini. Carbios, misalnya, telah membina loji perintis yang mampu memproses 50,000 tan PET setahun menggunakan enzim PETase yang dioptimumkan. Cabaran dan Hala Tuju Masa Depan Walaupun potensinya besar, masih terdapat beberapa cabaran yang perlu diatasi sebelum teknologi ini dapat digunakan secara meluas. Suhu optimum untuk aktiviti enzim PETase adalah sekitar 30-50 darjah Celsius, yang memerlukan pemanasan dalam proses industri. Selain itu, kos penghasilan enzim secara besar-besaran masih tinggi. Penyelidik kini sedang meneroka pendekatan seperti imobilisasi enzim pada permukaan pepejal untuk membolehkan penggunaan semula enzim, serta kejuruteraan genetik untuk meningkatkan kestabilan terma enzim. Kajian terbaharu dari Universiti Greifswald di Jerman yang diterbitkan dalam ACS Catalysis pada tahun 2023 menunjukkan bahawa penggabungan PETase dengan domain pengikat karbohidrat dapat meningkatkan kecekapan penguraian PET kristal tinggi. Implikasi terhadap Alam Sekitar dan Masyarakat Kejayaan Ideonella sakaiensis dan enzim PETase bukan sahaja menawarkan penyelesaian teknikal kepada masalah pencemaran plastik, tetapi juga mengubah cara kita memikirkan tentang bahan buangan. Daripada melihat plastik sebagai sisa yang tidak bernilai, kita kini boleh menganggapnya sebagai sumber karbon yang boleh dikitar semula tanpa had. Ini sejajar dengan konsep ekonomi bulat yang digalakkan oleh kerajaan Malaysia dan banyak negara lain. Di peringkat global, jika teknologi ini dapat diperluaskan kepada jenis plastik lain seperti polietilena PE dan polipropilena PP , impaknya terhadap pengurangan pencemaran plastik di lautan dan tapak pelupusan sampah akan menjadi sangat besar. Kesimpulan: Satu Langkah ke Arah Masa Depan Bebas Plastik Penemuan Ideonella sakaiensis dan pembangunan enzim PETase merupakan salah satu kejayaan saintifik yang paling penting dalam bidang sains bahan dan alam sekitar. Ia menunjukkan bahawa alam semula jadi mempunyai jawapan kepada beberapa masalah teknologi yang kita hadapi. Dengan pengoptimuman berterusan dan pelaburan dalam penyelidikan, teknologi kitar semula biologi berasaskan enzim berpotensi untuk merevolusikan industri plastik dan membantu mengurangkan beban pencemaran plastik di planet ini. Bagi Malaysia, yang merupakan antara pengeluar plastik utama di Asia Tenggara, pengadaptasian teknologi ini boleh menjadi langkah strategik ke arah pengurusan sisa yang lebih mampan dan mesra alam.