Penemuan Bakteria Pemakan Plastik: Ideonella sakaiensis dan Enzim PETase yang Merevolusikan Kitar Semula Global

Penemuan Bakteria Pemakan Plastik: Ideonella sakaiensis dan Enzim PETase yang Merevolusikan Kitar Semula Global. Kajian terbaharu yang diterbitkan dalam jurnal Science pada tahun 2016 mendedahkan penemuan spesies bakteria baharu, Ideonella sakaiensis, yang mampu mengurai plastik polietilena tereftalat (PET) sebagai sumber karbon tunggal. Bakteria ini menghasilkan enzim PETase yang memecahkan ikatan ester dalam PET, membuka jalan kepada teknologi kitar semula biologi yang lebih mesra alam. Penyelidik dari Universiti Kyoto dan Institut Teknologi Tokyo telah berjaya mengubah suai enzim tersebut untuk meningkatkan kecekapan penguraian sehingga 20 kali ganda, menawarkan harapan baharu dalam menangani krisis pencemaran plastik global.. Pengenalan: Krisis Plastik dan Cabaran Kitar Semula Konvensional Pencemaran plastik telah menjadi salah satu krisis 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 , yang digunakan secara meluas dalam botol minuman dan pembungkusan makanan, adalah antara polimer yang paling sukar diurai secara semula jadi. Kaedah kitar semula mekanikal sedia ada hanya mampu memproses sebahagian kecil plastik, manakala selebihnya mengambil masa ratusan tahun untuk terurai. Dalam konteks inilah penemuan bakteria Ideonella sakaiensis oleh pasukan penyelidik Jepun menawarkan satu paradigma baharu dalam pengurusan sisa plastik. Penemuan Ideonella sakaiensis: Bakteria Pemakan Plastik Pada tahun 2016, satu kajian yang diterbitkan dalam jurnal Science oleh Dr. Shosuke Yoshida dan rakan-rakan dari Universiti Kyoto dan Institut Teknologi Tokyo melaporkan penemuan spesies bakteria baharu yang diberi nama Ideonella sakaiensis 201-F6. Bakteria ini diasingkan daripada sampel tanah, enap cemar, dan air sisa yang dikumpulkan di sebuah tapak kitar semula botol plastik di Sakai, Jepun. Melalui saringan sistematik, pasukan penyelidik mendapati bahawa I. sakaiensis mampu menggunakan filem PET sebagai sumber karbon dan tenaga utama, menguraikannya sepenuhnya dalam tempoh enam minggu pada suhu 30°C. Penemuan ini mengejutkan komuniti saintifik kerana sebelum ini tiada mikroorganisma yang diketahui dapat merendahkan PET secara cekap dalam keadaan sederhana. Mekanisme Biokimia: Enzim PETase dan MHETase Keupayaan I. sakaiensis untuk mengurai PET bergantung kepada dua enzim utama: PETase dan MHETase. PETase bertanggungjawab memecahkan rantai panjang polimer PET kepada monomer antara, iaitu mono- 2-hydroxyethyl terephthalic acid MHET . Seterusnya, 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. Kajian kristalografi sinar-X yang diterbitkan dalam Nature Communications pada tahun 2018 oleh Dr. Gert Weber dan pasukan dari Institut Penyelidikan Macromolekul Jerman mendedahkan struktur tiga dimensi PETase pada resolusi 1.5 Å. Struktur ini menunjukkan bahawa PETase mempunyai lipatan α/β-hidrolase yang unik dengan poket aktif yang lebih lebar berbanding enzim lipase lain, membolehkannya mengikat permukaan kristal PET yang padat. Pengubahsuaian Enzim untuk Kecekapan Lebih Tinggi Walaupun PETase asli mampu mengurai PET, kadar tindak balasnya masih terlalu perlahan untuk aplikasi industri. Oleh itu, pelbagai kumpulan penyelidik telah berusaha untuk meningkatkan aktiviti enzim ini melalui kejuruteraan protein. Pada tahun 2020, pasukan dari Universiti Portsmouth dan Institut Inovasi Bioproses Kebangsaan Amerika Syarikat berjaya mencipta varian PETase yang digabungkan dengan enzim MHETase, menghasilkan enzim kimerik yang dipanggil FAST-PETase. Varian ini menunjukkan peningkatan kecekapan penguraian sebanyak 20 kali ganda berbanding PETase liar, dan mampu merendahkan plastik PET kepada monomer asas dalam masa kurang dari 24 jam pada suhu 50°C. Penemuan ini diterbitkan dalam Nature dan dianggap sebagai lonjakan besar ke arah kitar semula biologi yang praktikal. Implikasi terhadap Industri Kitar Semula dan Alam Sekitar Kejayaan dalam membangunkan enzim pengurai PET membuka peluang baharu untuk kitar semula plastik secara biologi. Berbeza dengan kitar semula mekanikal yang menghasilkan plastik berkualiti rendah, kitar semula enzimatik dapat memulihkan monomer PET tulen yang boleh digunakan semula untuk menghasilkan plastik baharu dengan kualiti yang setara dengan bahan dara. Ini bermakna botol plastik boleh dikitar semula tanpa had tanpa kehilangan sifat fizikalnya. Beberapa syarikat permulaan seperti Carbios di Perancis dan BioCollection di Amerika Syarikat telah mula mengkomersialkan teknologi ini, dengan loji perintis yang mampu memproses beberapa tan plastik sehari. Selain itu, enzim PETase juga boleh digunakan untuk merawat sisa plastik di lautan dan tapak pelupusan, mengurangkan beban pencemaran mikroplastik yang mengancam ekosistem marin. Cabaran dan Hala Tuju Masa Depan Walaupun potensi besar, teknologi kitar semula enzimatik masih menghadapi beberapa cabaran. Pertama, enzim PETase masih memerlukan suhu sederhana tinggi 50-70°C untuk berfungsi secara optimum, yang meningkatkan kos tenaga. Kedua, plastik PET dalam alam sekitar sering bercampur dengan bahan cemar lain yang boleh merencat aktiviti enzim. Ketiga, pengeluaran enzim secara besar-besaran masih mahal berbanding kaedah kitar semula konvensional. Penyelidik kini sedang meneroka bakteria termofilik yang menghasilkan PETase stabil pada suhu tinggi, serta teknik imobilisasi enzim untuk membolehkan penggunaan semula. Kajian terbaharu dari Universiti Greifswald, Jerman, yang diterbitkan dalam ACS Catalysis pada tahun 2023, melaporkan penemuan varian PETase daripada bakteria Thermobifida fusca yang aktif pada suhu 70°C, menawarkan harapan untuk proses yang lebih cekap tenaga. Kesimpulan: Satu Langkah ke Arah Ekonomi Pekeliling Plastik Penemuan Ideonella sakaiensis dan enzim PETase merupakan satu kejayaan saintifik yang bukan sahaja memperluas pemahaman kita tentang kepelbagaian metabolisme mikrob, tetapi juga menawarkan penyelesaian konkrit kepada krisis plastik global. Dengan pengubahsuaian enzim yang berterusan dan pengkomersialan teknologi, kitar semula biologi berpotensi menjadi tulang belakang ekonomi pekeliling plastik pada masa hadapan. Namun, kejayaan ini tidak boleh dijadikan alasan untuk terus menggunakan plastik secara berlebihan. Usaha mengurangkan penggunaan plastik sekali guna dan meningkatkan sistem pengumpulan sisa tetap perlu dipergiatkan. Seperti yang dinyatakan oleh Dr. Yoshida dalam temubual dengan Nature , "Bakteria ini memberi kita alat, tetapi tanggungjawab untuk menguruskan sisa plastik tetap terletak di tangan manusia."