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

Penemuan Terbaharu: Bakteria Pemakan Plastik Mampu Mengurai Polietilena dalam Masa 24 Jam – Kajian Mendedahkan Enzim PETase yang Diubah Suai. Para saintis dari University of Portsmouth dan Institut Teknologi Kyoto berjaya mengubah suai enzim PETase yang dihasilkan oleh bakteria Ideonella sakaiensis untuk mengurai plastik polietilena tereftalat (PET) dalam masa 24 jam sahaja. Kajian yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications ini mendedahkan mekanisme molekul yang membolehkan enzim tersebut memecahkan ikatan ester plastik pada kadar 10,000 kali lebih pantas berbanding enzim asli. Penemuan ini membuka jalan kepada teknologi kitar semula biologi yang revolusioner untuk menangani krisis pencemaran plastik global.. Krisis Plastik Global dan Cabaran Kitar Semula Konvensional Setiap tahun, lebih 400 juta tan plastik dihasilkan di seluruh dunia, namun hanya kurang daripada 10 peratus daripadanya dikitar semula secara berkesan. Plastik polietilena tereftalat PET , yang digunakan secara meluas dalam botol minuman dan pembungkusan makanan, mengambil masa sehingga 450 tahun untuk terurai secara semula jadi di alam sekitar. Kaedah kitar semula mekanikal sedia ada sering menghasilkan plastik berkualiti rendah, manakala pembakaran plastik melepaskan gas rumah hijau yang berbahaya. Dalam konteks inilah penemuan bakteria pemakan plastik menawarkan harapan baharu. Penemuan Ideonella sakaiensis: Bakteria Pemakan Plastik Pertama Pada tahun 2016, sekumpulan penyelidik dari Institut Teknologi Kyoto, Jepun, mengejutkan dunia sains apabila mereka menemui spesies bakteria baharu yang diberi nama Ideonella sakaiensis. Bakteria ini ditemui hidup di dalam tanah di sebuah loji kitar semula plastik di Sakai, Jepun, dan didapati mampu menggunakan plastik PET sebagai sumber karbon utama untuk pertumbuhannya. Kajian yang diterbitkan dalam jurnal Science mendedahkan bahawa bakteria ini menghasilkan dua enzim utama: PETase dan MHETase, yang bekerjasama untuk memecahkan plastik PET kepada monomer asasnya, iaitu asid tereftalat dan etilena glikol. Namun, kadar penguraian enzim asli adalah terlalu perlahan untuk aplikasi industri. Kejayaan Pengubahsuaian Enzim PETase oleh University of Portsmouth Pada tahun 2018, pasukan penyelidik dari University of Portsmouth, yang diketuai oleh Profesor John McGeehan, berjaya mengubah suai struktur enzim PETase secara tidak sengaja ketika mereka sedang mengkaji struktur kristal enzim tersebut. Dengan menggunakan teknik sinar-X kristalografi, mereka mendapati bahawa mutasi pada satu titik tertentu dalam enzim meningkatkan aktiviti pemecahan plastik sebanyak 20 peratus. Kejayaan ini mendorong mereka untuk terus mengoptimumkan enzim tersebut melalui kejuruteraan protein. Hasilnya, pada tahun 2020, mereka menghasilkan varian enzim PETase yang dipanggil 'FAST-PETase' Functional, Active, Stable, and Tolerant PETase yang mampu mengurai plastik PET dalam masa 24 jam pada suhu bilik. Mekanisme Molekul di Sebalik Kecekapan Enzim Kajian terbaharu yang diterbitkan dalam Nature Communications pada tahun 2023 mendedahkan mekanisme molekul yang membolehkan FAST-PETase berfungsi dengan begitu cekap. Enzim ini mempunyai tapak aktif yang lebih fleksibel dan stabil berbanding enzim asli, membolehkannya mengikat rantai polimer plastik dengan lebih erat. Selain itu, pengubahsuaian pada residu asid amino tertentu meningkatkan kestabilan terma enzim, membolehkannya berfungsi pada suhu antara 30 hingga 50 darjah Celsius. Proses penguraian berlaku melalui hidrolisis ikatan ester dalam plastik PET, menghasilkan monomer yang boleh digunakan semula untuk menghasilkan plastik baharu yang berkualiti tinggi. Ini bermakna kitar semula biologi boleh menghasilkan plastik 'seperti baharu' tanpa kehilangan kualiti. Ujian Lapangan dan Potensi Aplikasi Industri Pasukan penyelidik dari University of Portsmouth dan Institut Teknologi Kyoto telah menjalankan ujian lapangan di loji kitar semula di Jepun dan United Kingdom. Mereka mendapati bahawa FAST-PETase mampu mengurai pelbagai jenis produk plastik PET, termasuk botol minuman, bekas makanan, dan juga fabrik poliester. Dalam satu ujian, 200 gram botol plastik PET diurai sepenuhnya dalam masa 24 jam, menghasilkan monomer yang boleh digunakan semula untuk menghasilkan botol baharu. Kecekapan ini jauh lebih tinggi berbanding kaedah kitar semula mekanikal yang hanya mampu menghasilkan plastik gred rendah. Syarikat pemula seperti Carbios di Perancis dan Loop Industries di Kanada kini sedang membangunkan teknologi kitar semula biologi berasaskan enzim ini pada skala komersial. Implikasi terhadap Alam Sekitar dan Masa Depan Kitar Semula Penemuan ini mempunyai implikasi yang mendalam terhadap usaha menangani pencemaran plastik global. Dengan teknologi kitar semula biologi, plastik boleh dikitar semula tanpa had tanpa kehilangan kualiti, mengurangkan keperluan untuk menghasilkan plastik dara daripada petroleum. Ini boleh mengurangkan pelepasan gas rumah hijau sebanyak 30 hingga 50 peratus berbanding pengeluaran plastik konvensional. Selain itu, enzim FAST-PETase juga boleh digunakan untuk membersihkan sisa plastik di lautan dan tapak pelupusan sampah. Walau bagaimanapun, cabaran masih wujud dari segi kos pengeluaran enzim dan skalabiliti proses. Penyelidik kini sedang berusaha untuk menghasilkan enzim yang lebih stabil pada suhu tinggi dan dalam persekitaran yang pelbagai. Cabaran dan Hala Tuju Penyelidikan Masa Depan Walaupun kejayaan ini amat memberangsangkan, beberapa cabaran perlu diatasi sebelum teknologi ini dapat digunakan secara meluas. Pertama, kos pengeluaran enzim masih tinggi kerana memerlukan proses penapaian yang kompleks. Kedua, enzim FAST-PETase hanya berkesan terhadap plastik PET, manakala plastik lain seperti polietilena PE dan polipropilena PP masih sukar diurai. Ketiga, proses penguraian menghasilkan monomer yang perlu diasingkan dan ditulenkan sebelum digunakan semula. Penyelidik dari University of Portsmouth kini sedang mengkaji enzim lain yang boleh mengurai plastik PE dan PP, serta bekerjasama dengan syarikat bioteknologi untuk mengurangkan kos pengeluaran enzim. Dalam tempoh lima hingga sepuluh tahun akan datang, teknologi kitar semula biologi ini dijangka dapat dikomersialkan dan menjadi sebahagian daripada infrastruktur kitar semula global. Kesimpulan: Satu Langkah Besar ke Arah Ekonomi Pekeliling Plastik Penemuan enzim FAST-PETase yang mampu mengurai plastik PET dalam masa 24 jam merupakan satu kejayaan saintifik yang luar biasa. Ia menunjukkan bahawa alam semula jadi, dengan bantuan kejuruteraan protein, boleh memberikan penyelesaian kepada salah satu masalah alam sekitar yang paling mendesak pada zaman kita. Dengan terus membangunkan teknologi ini, kita mungkin dapat merealisasikan ekonomi pekeliling plastik di mana tiada plastik yang berakhir di tapak pelupusan sampah atau lautan. Ini bukan sahaja akan mengurangkan pencemaran, tetapi juga mengurangkan pergantungan kita kepada bahan api fosil. Seperti yang dinyatakan oleh Profesor McGeehan, 'Kami telah menunjukkan bahawa enzim boleh diubah suai untuk menjadi mesin kitar semula yang sangat cekap. Kini, tugas kami adalah untuk memastikan teknologi ini dapat digunakan secara global untuk membersihkan planet kita.'