چگونه یک نوع کرم خاص می‌تواند به سرعت پلاستیک‌ها را تجزیه کند؟

کرم‌هایی با قدرت‌های فوق‌العاده

زباله های پلاستیکی برای بازیافت

گونه‌های کرمی گالریا ملونلا می‌توانند به سرعت پلی اتیلن را با استفاده از بزاق خود تجزیه کنند.

یک تیم تحقیقاتی CSIC دریافت که بزاق کرم موم حاوی آنزیم هایی است که می تواند در مدت زمان کوتاهی تجزیه پلی اتیلن را آغاز کند.

یک تیم تحقیقاتی CSIC دریافته است که بزاق کرم مومی باعث تخریب پلاستیک می شود. این کشف کاربردهای بالقوه متعددی برای تصفیه یا بازیافت زباله های پلاستیکی دارد. این تیم برای اولین بار کشف کردند که این گونه کرم، سپیدوپتران Galleria mellonella، می تواند پلاستیک (پلی اتیلن) ​​را در سال 2017 تجزیه کند. آنها اکنون متوجه شده اند که چگونه این کار را انجام می دهد: بزاق آن حاوی آنزیم‌هایی (مربوط به خانواده فنل اکسیداز) است که می تواند به سرعت تجزیه پلی اتیلن را شروع کند.

تخریب در دمای اتاق فدریکا برتوچینی، محقق CSIC در CIB-CSIC (مرکز تحقیقات بیولوژیکی) که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، ادعا می کند که این آنزیم ها اولین و تنها آنزیم هایی هستند که اکنون می توانند پلاستیک پلی اتیلن را بدون نیاز به پیش تصفیه بشکنند. . یافته های این مطالعه به صورت آنلاین در BioRxiv منتشر شده است شما با مراجعه به این سایت و بایگانی کردن این مطلب مبتوانید آن را مطالعه کنید.

برای تجزیه پلاستیک، اکسیژن باید به پلیمر (مولکول پلاستیک) نفوذ کند. این اولین گام در اکسیداسیون است که معمولاً در نتیجه قرار گرفتن در معرض نور خورشید یا دمای بالا است و نشان دهنده گلوگاهی است که تخریب پلاستیک‌هایی مانند پلی اتیلن، یکی از مقاوم‌ترین پلیمرها را کاهش می‌دهد. او می افزاید: «به همین دلیل است که در شرایط محیطی عادی، تخریب پلاستیک ماه ها یا حتی سال ها طول می کشد.

پلاستیک کرم مومی

کرم مومی پلی اتیلن را به لطف آنزیم های موجود در بزاق آن تجزیه می کند.

اکنون ما دریافتیم که آنزیم‌های موجود در بزاق کرم موم این مرحله مهم را انجام می‌دهند: پلاستیک را اکسید می‌کنند. این بدان معنی است که آنها می توانند بر گلوگاه فرآیند تخریب پلاستیک غلبه کنند و تجزیه آن را تسریع کنند.

یکی از قوی ترین و پرکاربردترین پلاستیک ها پلی اتیلن است. وقتی با پلی پروپیلن و پلی استایرن ترکیب شود 70 درصد از کل تولید پلاستیک را تشکیل می دهد . یافتن راه‌حل‌هایی برای مسئله زباله‌های پلاستیکی ضروری است زیرا آلودگی پلاستیک سلامت و محیط زیست جهان را به خطر می‌اندازد. تجزیه بیولوژیکی پلاستیک یکی از زمینه های مطالعاتی است که بیشترین امید و پتانسیل را دارد. این فرآیند که به عنوان تجزیه زیستی شناخته می شود، شامل میکروارگانیسم هایی مانند باکتری ها و قارچ ها می شود. با این حال، تنها تعداد کمی از میکروارگانیسم ها شناخته شده اند که می توانند پلیمرهای پلاستیکی قوی که پلی اتیلن را تشکیل می دهند، تجزیه کنند. علاوه بر این، در بیشتر موقعیت‌ها، برای اطمینان از اکسیداسیون و در نتیجه اجازه دادن به میکروارگانیسم‌ها برای تأثیر (هر چند تدریجی) روی پلاستیک، نیاز به پیش تصفیه شدید است.

کرم های پلاستیک خوار

چند سال پیش، زمینه جدیدی از تحقیقات با کشف اینکه برخی از گونه‌های حشرات از راسته‌های Lepidoptera و Coleoptera قادر به تجزیه پلی اتیلن و پلی استایرن هستند، گشوده شد. برتوچینی می‌گوید: «در آزمایشگاه خود، حشره‌ای را کشف کردیم که به نظر می‌رسد سریع‌ترین از همه باشد: لارو لپیدوپتران Galleria mellonella، که معمولاً به عنوان کرم مومی شناخته می‌شود. “این لاروها قادرند خیلی سریع پلیمرهای پلاستیک را اکسید کرده و تجزیه کنند” (فقط پس از یک ساعت قرار گرفتن در معرض).

«در سال‌های اخیر، تلاش‌هایی برای یافتن چگونگی انجام این کار توسط این حشرات صورت گرفته است. پژوهشگر بر اساس این فرض که کرم ها می توانند از پلاستیک به عنوان غذا استفاده کنند و تخریب آن در نتیجه فعالیت متابولیک و فرآیندهای گوارشی آنها باشد، بر روی میکروارگانیسم های ساکن در دستگاه گوارش این کرم ها متمرکز شده است. او توضیح می دهد: “اما این فرض بسیار مشکوک است، بنابراین، از همان ابتدا، تحقیقات ما بر روی حفره دهان کرم متمرکز شده است.”

برتوچینی به ما می گوید: «ما رفتار کرم مومی را در تماس با پلی اتیلن بررسی کردیم و متوجه شدیم که آنزیم های موجود در بزاق کرم (یعنی مایع داخل دهان حشره) می توانند پلی اتیلن را تجزیه کنند. در تماس با بزاق، پلیمر در عرض چند ساعت اکسید شده و دپلیمریزه می شود. ما بقایای تخریب شده ای را شناسایی کرده ایم که در حضور بزاق کرم تشکیل می شوند.

علاوه بر این، محققان بزاق را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی تجزیه و تحلیل کردند و محتوای پروتئین بالایی را مشاهده کردند. این محقق توضیح می‌دهد: «ما دو آنزیم را از بزاق جدا کرده‌ایم که می‌توانند اکسیداسیون تولید شده توسط بزاق را به عنوان یک کل بازتولید کنند. این دو پروتئین به نام های Demetra و Ceres از خانواده آنزیم های فنل اکسیداز هستند.

ما متوجه شدیم که آنزیم Demetra تأثیر قابل توجهی بر پلی اتیلن دارد و آثار ( دهانه های کوچک) را روی سطح پلاستیک باقی می گذارد که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است. این اثر نیز با ظاهر محصولات تخریب تشکیل شده پس از قرار گرفتن در معرض پلی اتیلن با این آنزیم تایید شد. آنزیم منبع پلیمر را نیز اکسید می کند، اما آثار قابل مشاهده ای از خود باقی نمی گذارد، که نشان می دهد این دو آنزیم تأثیر متفاوتی بر پلی اتیلن دارند.

نحوه عملکرد آنزیم های فنل اکسیداز

فنل ها مولکول هایی هستند که توسط گیاهان برای دفاع از خود در برابر دشمنان احتمالی مانند لارو حشرات استفاده می شوند. بنابراین، حشرات می‌توانند آنزیم‌های فنل اکسیداز را به عنوان راهی برای اکسید کردن فنل‌های گیاهی تولید کنند و در نتیجه آن‌ها را خنثی کنند، به این معنی که می‌توانند با خیال راحت از گیاهان تغذیه کنند. فنل‌ها همچنین در بسیاری از افزودنی‌های پلاستیکی وجود دارند که می‌توانند آن‌ها را هدف این آنزیم‌ها قرار دهند و شرایط لازم را برای اکسیداسیون و پلیمریزاسیون پلاستیک ایجاد کنند. محققان هشدار می‌دهند: «تا کنون، این فقط حدس و گمان است و آزمایش‌های بیشتری برای بررسی عمیق مکانیسم‌های عمل آنزیم مورد نیاز است».

سوال جالب تر این است که کرم های مومی چگونه این توانایی را به دست آورده اند. محققان حدس می زنند که این می تواند به دلیل یک فرآیند تکاملی باشد. کرم‌های مومی از موم کندو و گرده‌های گونه‌های گیاهی مختلف تغذیه می‌کنند. با توجه به اینکه موم کندو سرشار از فنل است، این نوع آنزیم برای این حشرات بسیار مفید است. به طور غیر مستقیم، این مورد توضیح می دهد که چرا کرم های مومی می توانند پلی اتیلن را تجزیه کنند. با این حال، تا کنون این نظریه تنها حدس و گمان است و ما باید تحقیقات بیشتری را با ترکیب زیست شناسی حشرات با بیوتکنولوژی انجام دهیم.