เอนไซม์ที่ย่อย “ไมโครพลาสติก” ได้ ความหวังของวิทยาศาสตร์แก้วิกฤตขยะโลก
งานวิจัยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่ามนุษย์อาจบริโภคไมโครพลาสติกจำนวนมากผ่านอาหารและน้ำ และมีการตรวจพบอนุภาคเหล่านี้ในตัวอย่างรกมนุษย์จริง รวมถึงตรวจพบในชั้นบรรยากาศ
ปัญหานี้จึงไม่ใช่แค่เรื่องสิ่งแวดล้อม แต่เกี่ยวข้องกับสุขภาพมนุษย์โดยตรง
จุดเริ่มต้น: แบคทีเรียที่ “กินพลาสติก” ได้
ปี 2016 นักวิจัยค้นพบแบคทีเรียชื่อ Ideonella sakaiensis ที่สามารถใช้พลาสติก PET เป็นแหล่งพลังงานได้
Ideonella sakaiensis / Image credit : Shosuke Yoshida et al. 2016.
แบคทีเรียชนิดนี้ผลิตเอนไซม์สองชนิด คือ PETase และ MHETase ซึ่งทำหน้าที่ตัดพันธะเคมีของพลาสติก ทำให้สายโซ่โพลิเมอร์แตกตัว
PETase และ MHETase / Image credit : TACC
งานวิเคราะห์โครงสร้างผลึกของ PETase ในเวลาต่อมาช่วยอธิบายว่าเอนไซม์นี้ทำงานโดยไฮโดรไลซ์พันธะเอสเทอร์ (ester bond) ในโครงสร้างของ PET ผ่านบริเวณ active site เฉพาะ
แม้ PETase ตามธรรมชาติจะย่อยพลาสติกได้ แต่ยังมีข้อจำกัดด้านความเร็วและเสถียรภาพ นักวิทยาศาสตร์จึงใช้เทคนิค protein engineering และ machine learning เพื่อพัฒนาเอนไซม์รุ่นใหม่
ในปี 2022 มีรายงานการพัฒนา “FAST-PETase” ซึ่งออกแบบด้วย machine learning ให้มีเสถียรภาพและประสิทธิภาพสูงขึ้น สามารถย่อยพลาสติก PET หลังการใช้งานได้ภายในไม่กี่วัน ภายใต้อุณหภูมิที่ไม่สูงมาก
โครงสร้าง FAST-PETase / Image credit : Advanced Photon Source
ซึ่งก่อนหน้านั้น งานวิจัยในปี 2020 ได้รายงาน engineered PET depolymerase ที่มีประสิทธิภาพระดับอุตสาหกรรม และสามารถนำผลิตภัณฑ์ที่ย่อยได้กลับไปผลิตพลาสติกใหม่ (circular recycling)
คำถาม : แล้วไมโครพลาสติกล่ะ?
ไมโครพลาสติกมีขนาดเล็กมากๆ (<5 มม.) ทำให้มีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูง ซึ่งเอื้อต่อการเข้าถึงของเอนไซม์
งานด้าน kinetic analysis แสดงให้เห็นว่าพื้นที่ผิวของวัสดุมีผลต่ออัตราการย่อยโดยเอนไซม์อย่างมีนัยสำคัญ
งานวิจัยด้านโครงสร้างของ MHETase และกลไกการทำงานเชิงโมเลกุลช่วยสนับสนุนแนวคิดว่า "การดัดแปลงตำแหน่งกรดอะมิโนบางตำแหน่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการย่อยได้" เช่น เพิ่มความสามารถจับกับพื้นผิวพลาสติก, เพิ่มความทนต่ออุณหภูมิ, เพิ่มอัตราการเร่งปฏิกิริยา
อย่างไรก็ตาม ยังมีความท้าทายรออยู่อีกมาก เช่น ความเสถียรของเอนไซม์ในสิ่งแวดล้อมจริง ต้นทุนการผลิต และการนำไปใช้ในระบบบำบัดน้ำเสียหรือทะเลเปิด
microplastics / Image credit : FDA
📌 สรุปสั้น ๆ เลยนะคะ
เอนไซม์จากแบคทีเรียที่ค้นพบในปี 2016 มันสามารถย่อยพลาสติก PET ได้จริงนะ แถมมีงานวิจัยต่อยอดในวารสารระดับโลกด้วย ที่พัฒนาเอนไซม์รุ่นใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น รวมถึงมีศักยภาพในการย่อยไมโครพลาสติก
แม้ว่าเทคโนโลยียังอยู่ในขั้นพัฒนา แต่ก็ถือว่าเป็นความหวังสำคัญในการแก้วิกฤตขยะพลาสติกโลกเลยค่ะ
References :
1. Yoshida, S., et al. (2016). A bacterium that degrades and assimilates PET. Science.
2. Austin, H. P., et al. (2018). Characterization and engineering of a plastic-degrading enzyme. Proceedings of the National Academy of Sciences.
3. Lu, H., et al. (2022). Machine learning–aided engineering of PETase. Nature.
4. Wei, R., et al. (2020). Biocatalytic degradation efficiency and surface effects. ACS Catalysis.
5. Son, H. F., et al. (2019). Structure and function of MHETase. Nature Communications.
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
