A globális műanyagszennyezés felszámolására keres biológiai megoldásokat a Konstanzi Egyetem kutatócsoportja, amely az ISME Journal szakfolyóiratban publikálta legfrissebb felfedezését. A biológusok egy olyan szokatlan bakteriális enzimet azonosítottak, amely molekuláris szinten rendkívül gyorsan bontja le a környezetbarát poliésztereket, miközben képes semlegesíteni a penicillint is. A kutatók által formája miatt „Pac-Man enzimnek” elnevezett fehérje rávilágít, hogy a természetes mikrobiális közösségek (a plasztiszféra) a korábban hittnél jóval adaptívabbak lehetnek a polimerek emésztésében, amennyiben a csomagolóanyagok molekulaszerkezete ezt lehetővé teszi.
A kutatás fókuszában a Stefan Mecking vegyészcsapata által kifejlesztett hosszú láncú alifás poliészterek (LCAP) álltak. Ezek a bioműanyagok olyan észterkötéseket tartalmaznak, amelyeket a talaj mikroorganizmusai célba tudnak venni, ellentétben a hagyományos szintetikus műanyagok stabil és nehezen bontható szén-szén vázaival. A Harry Lerner és David Schleheck által vezetett csapat metagenomikai szekvenálással és mikrobiális közösségelemzéssel kereste meg azokat a géneket, amelyek a degradációt végző hidrolitikus enzimeket kódolják.
A vizsgálatokat valós környezetben és ellenőrzött laboratóriumi körülmények között párhuzamosan végezték:
-
Természetes talajteszt: Az egyetemi botanikus kert humuszban gazdag erdőtalajának felső, 10 centiméteres rétegébe ástak be LCAP fóliamintákat, ahol a cellulóz és a természetes növényi poliészter, a kutin mikrobiális lebontása zajlik.
-
Respirációs kontroll: A laboratóriumban az erdei talajba porított bioműanyagot kevertek, és a mikroorganizmusok sejtlégzése során felszabaduló szén-dioxid ($CO_2$) folyamatos mérésével kvantifikálták a lebomlási dinamikát.
Az enzim molekuláris vizsgálata feltárta, hogy a „Pac-Man” elnevezés a szokatlanul tágas, nyitott aktív centrumnak köszönhető, amelybe a nagyméretű, térben tekeredő szintetikus poliészterláncok könnyen beleilleszkednek. A fehérje meglepő kettős funkciója – hogy a poliészterkötések mellett a béta-laktám típusú antibiotikumokat, például a penicillint is hasítja – felveti annak a lehetőségét, hogy a baktériumok a gyógyszer-rezisztenciáért felelős ősi enzimeiket alakították át a mesterséges polimerek lebontására.
A konstanzi eredmények megerősítik a körforgásos gazdaság és a „design for biodegradation” elvének jelentőségét: a mikrobiális újrahasznosítás és a természetbe kikerülő hulladékok biológiai felszámolása kizárólag akkor valósulhat meg ipari és ökológiai léptékben, ha az ipar a perzisztens, nem bomló poliolefinek helyett olyan tervezett molekulaszerkezetű biopolimerekre áll át, amelyeket a talaj mikrobiomja igazoltan képes tápanyagként visszaforgatni a természetes körfolyamatokba.
