Scientists have created a mutant enzyme that breaks down plastic drinks bottles – by accident. The breakthrough could help solve the global plastic pollution crisis by enabling for the first time the full recycling of bottles.
Các nhà khoa học đã tạo ra một loại enzyme đột biến phân hủy chai nước uống bằng nhựa – một cách tình cờ. Bước đột phá này có thể giúp giải quyết cuộc khủng hoảng ô nhiễm nhựa toàn cầu bằng cách lần đầu tiên cho phép tái chế toàn bộ các chai nhựa.
The new research was spurred by the discovery in 2016 of the first bacterium that had naturally evolved to eat plastic, at a waste dump in Japan. Scientists have now revealed the detailed structure of the crucial enzyme produced by the bug.
Nghiên cứu mới được thúc đẩy bởi một phát hiện vào năm 2016 về loại vi khuẩn đầu tiên tiến hóa tự nhiên để ăn nhựa, tại một bãi rác ở Nhật Bản. Các nhà khoa học hiện đã tiết lộ cấu trúc chi tiết của enzyme quan trọng được tạo ra bởi loài bọ này.
The international team then tweaked the enzyme to see how it had evolved, but tests showed they had inadvertently made the molecule even better at breaking down the PET (polyethylene terephthalate) plastic used for soft drink bottles. “What actually turned out was we improved the enzyme, which was a bit of a shock,” said Prof John McGeehan, at the University of Portsmouth, UK, who led the research. “It’s great and a real finding.”
Sau đó, nhóm nghiên cứu quốc tế đã ngắt enzyme này ra để xem nó đã phát triển như thế nào, nhưng các thử nghiệm cho thấy họ đã vô tình làm cho phân tử này thậm chí còn tốt hơn trong việc phân hủy nhựa PET (polyethylen terephthalate) được sử dụng cho chai nước ngọt. Giáo sư John McGeehan, tại Đại học Portsmouth, Vương quốc Anh, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: “Hóa ra là chúng tôi đã cải thiện enzyme đó, một điều thực sự gây sốc. Đó là một phát hiện tuyệt vời.”
The mutant enzyme takes a few days to start breaking down the plastic – far faster than the centuries it takes in the oceans. But the researchers are optimistic this can be speeded up even further and become a viable large-scale process.
Enzym đột biến này cần vài ngày để bắt đầu phân hủy nhựa – nhanh hơn nhiều so với hàng thế kỷ trong các đại dương. Nhưng các nhà nghiên cứu lạc quan rằng điều này có thể được tăng tốc hơn nữa và trở thành một quá trình khả thi trên quy mô lớn.
“What we are hoping to do is use this enzyme to turn this plastic back into its original components, so we can literally recycle it back to plastic,” said McGeehan. “It means we won’t need to dig up any more oil and, fundamentally, it should reduce the amount of plastic in the environment.”
McGeehan cho biết: “Điều mà chúng tôi hy vọng sẽ là sử dụng enzyme này để biến nhựa trở lại các thành phần ban đầu của nó, vì thế chúng ta có thể một cách đúng nghĩa tái chế chúng thành nhựa. Có nghĩa là chúng ta sẽ không cần phải khai thác thêm dầu và về cơ bản, nó sẽ làm giảm lượng nhựa trong môi trường.”
About 1m plastic bottles are sold each minute around the globe and, with just 14% recycled, many end up in the oceans where they have polluted even the remotest parts, harming marine life and potentially people who eat seafood. “It is incredibly resistanttodegradation. Some of those images are horrific,” said McGeehan. “It is one of these wonder materials that has been made a little bit too well.”
Khoảng 1 triệu chai nhựa được bán ra mỗi phút trên toàn cầu và chỉ với 14% số đó được tái chế, rất nhiều chai nhựa có điểm đến cuối cùng là các đại dương nơi chúng đã làm ô nhiễm cả những phần xa xôi nhất, gây hại cho sinh vật biển và có thể là những người ăn hải sản. “Nhựa cực kỳ khó phân hủy. Một số hình ảnh [về chúng] thật là kinh khủng,” McGeehan nói. “Nhựa là một trong những vật liệu tuyệt vời đã được tạo ra quá tốt.”
However, currently even those bottles that are recycled can only be turned into opaquefibres for clothing or carpets. The new enzyme indicates a way to recycle clear plastic bottles back into clear plastic bottles, which could slash the need to produce new plastic.
Tuy nhiên, ngay cả hiện tại thì những chai được tái chế chỉ có thể biến thành sợi mờ đục để làm quần áo hoặc thảm. Loại enzyme mới cho ta cách tái chế các chai nhựa [trở lại] thành các chai nhựa trong, điều có giúp loại bỏ nhu cầu sản xuất nhựa mới.
“You are always up against the fact that oil is cheap, so virgin PET is cheap,” said McGeehan. “It is so easy for manufacturers to generate more of that stuff, rather than even try to recycle. But I believe there is a public driver here: perception is changing so much that companies are starting to look at how they can properly recycle these.”
“Bạn phải đối mặt với thực tế rằng dầu mỏ có giá rất rẻ, vì vậy nhựa PET nguyên chất cũng rẻ,” McGeehan nói. Các nhà sản xuất dễ dàng tạo ra nhiều sản phẩm như vậy hơn là cố gắng tái chế chúng. Nhưng tôi tin rằng có một sự thúc đẩy từ công chúng ở đây: nhận thức đang thay đổi rất nhanh đến nỗi các công ty bắt đầu xem xét làm thế nào họ có thể tái chế nhựa một cách phù hợp.”
The new research, published in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences, began by determining the precise structure of the enzyme produced by the Japanese bug. The team used the Diamond Light Source, near Oxford, UK, an intense beam of X-rays that is 10bn times brighter than the sun and can reveal individual atoms.
Nghiên cứu mới, được công bố trên tạp chí Proceedings của Viện Khoa học Quốc gia (Anh), bắt đầu bằng cách xác định cấu trúc chính xác của enzyme được tạo ra bởi loài bọ Nhật Bản. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng Diamond Light Source, gần Oxford, Vương quốc Anh, một chùm tia X cực mạnh, sáng hơn 10 tỷ lần so với mặt trời và có thể cho thấy các nguyên tử riêng lẻ.
The structure of the enzyme looked very similar to one evolved by many bacteria to break down cutin, a natural polymer used as a protective coating by plants. But when the team manipulated the enzyme to explore this connection, they accidentally improved its ability to eat PET.
Cấu trúc của enzyme này trông rất giống với một loại enzyme được nhiều loài vi khuẩn phát triển để phá vỡ cutin, một loại polymer tự nhiên có trong lớp phủ bảo vệ của các loài thực vật. Nhưng khi nhóm nghiên cứu chỉnh sửa enzyme này để khám phá mối liên hệ đó, họ đã vô tình cải thiện khả năng ăn nhựa PET.
“It is a modest improvement – 20% better – but that is not the point,” said McGeehan. “It’s incredible because it tells us that the enzyme is not yet optimized. It gives us scope to use all the technology used in other enzyme development for years and years and make a super-fast enzyme.”
“Đó là một sự cải thiện khiêm tốn – chỉ tốt hơn 20% – nhưng đó không phải là điểm mấu chốt.” theo McGeehan. “Điều đó thật đáng kinh ngạc vì nó cho chúng ta biết rằng enzyme này chưa được tối ưu hóa. Nó mang lại cho chúng ta khả năng sử dụng tất cả các công nghệ đã được sử dụng để phát triển các enzyme khác trong nhiều năm tới và tạo ra một loại enzyme siêu nhanh.
Industrial enzymes are widely used in, for example, washing powders and biofuel production, They have been made to work up to 1,000 times faster in a few years, the same timescale McGeehan envisages for the plastic-eating enzyme. A patent has been filed on the specific mutant enzyme by the Portsmouth researchers and those from the US National Renewable Energy Laboratory in Colorado.
Các enzyme công nghiệp được sử dụng rộng rãi, ví dụ như trong bột giặt và sản xuất nhiên liệu sinh học. Chúng đã được tạo ra để hoạt động nhanh hơn tới 1.000 lần trong một vài năm, giống như những gì McGeehan dự tính cho enzyme ăn nhựa. Một bằng sáng chế đã được đệ trình về enzyme đột biến này bởi các nhà nghiên cứu Portsmouth và những nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia Hoa Kỳ ở Colorado.
One possible improvement being explored is to transplant the mutant enzyme into an “extremophile bacteria” that can survive temperatures above 70oC, at which point PET changes from a glassy to a viscous state, making it likely to degrade 10-100 times faster.
Một cải tiến tiền năng đang được khám phá là cấy enzyme đột biến này vào một loại “vi khuẩn cực đoan”(*) có thể sống ở nhiệt độ trên 70oC, tại đó PET thay đổi từ trạng thái thủy tinh sang trạng thái nhớt, khiến nó có khả năng phân hủy nhanh hơn từ 10 đến 100 lần.
(*) Vi khuẩn cực đoan (tạm dịch) – loại vi khuẩn có thể sống trong môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao, axit, kiềm hoặc chất hóa học.
Earlier work had shown that some fungi can break down PET plastic, which makes up about 20% of global plastic production. But bacteria are far easier to harness for industrial uses.
Các nghiên cứu trước đó đã chỉ ra rằng một số loại nấm có thể phá vỡ nhựa PET, chiếm khoảng 20% tổng sản lượng nhựa toàn cầu. Nhưng vi khuẩn dễ khai thác hơn nhiều cho các mục đích công nghiệp.
Other types of plastic could be broken down by bacteria currently evolving in the environment, McGeehan said: “People are now searching vigorously for those.” PET sinks in seawater but some scientists have conjectured that plastic-eating bugs might one day be sprayed on the huge plastic garbage patches in the oceans to clean them up.
Các loại nhựa khác có thể bị phân hủy nhờ các loại vi khuẩn hiện đang phát triển trong môi trường [tự nhiên], McGeehan cho biết: “Hiện tại mọi người đang ráo riết tìm kiếm những loại vi khuẩn đó.” PET bị chìm trong nước biển nhưng một số nhà khoa học phỏng đoán rằng những con bọ ăn nhựa một ngày nào đó có thể được rải trên các bãi rác thải nhựa khổng lồ trong các đại dương để làm sạch chúng.
“I think [the new research] is very exciting work, showing there is strong potential to use enzyme technology to help with society’s growing waste problem,” said Oliver Jones, a chemist at RMIT University in Melbourne, Australia, and not part of the research team.
“Tôi nghĩ rằng [nghiên cứu mới này] là một công việc rất thú vị, cho thấy có tiềm năng mạnh mẽ trong việc sử dụng công nghệ enzyme để giải quyết vấn đề rác thải ngày càng gia tăng của xã hội,” theo Oliver Jones, một nhà hóa học tại Đại học RMIT ở Melbourne, Australia, và không thuộc nhóm nghiên cứu trên.
“Enzymes are non-toxic, biodegradable and can be produced in large amounts by microorganisms,” he said. “There is still a way to go before you could recycle large amounts of plastic with enzymes, and reducing the amount of plastic produced in the first place might, perhaps, be preferable. [But] this is certainly a step in a positive direction.”
“Các loại enzyme không độc hại, có thể phân hủy sinh học và có thể được sản xuất với số lượng lớn bởi các vi sinh vật,” ông nói. “Vẫn còn nhiều việc phải làm trước khi bạn có thể tái chế một lượng lớn nhựa bằng enzyme và có lẽ trước hết [chúng ta] nên giảm lượng nhựa được sản xuất ra. [Nhưng] đây chắc chắn là một bước đi theo hướng tích cực.”
Prof Adisa Azapagic, at the University of Manchester in the UK, agreed the enzyme could be useful but added: “A full life-cycle assessment would be needed to ensure the technology does not solve one environmental problem – waste – at the expense of others, including additional greenhouse gas emissions.”
Giáo sư Adisa Azapagic, tại Đại học Manchester ở Anh, đồng ý rằng enzyme có thể hữu ích nhưng nói thêm rằng: “Cần đánh giá toàn diện để đảm bảo công nghệ này không giải quyết được một vấn đề môi trường – là rác thải – nhưng lại gây rá các vấn đề khác , bao gồm cả sự gia tăng khí thải nhà kính.
microorganism /ˌmaɪ.krəʊˈɔː.ɡən.ɪ.zəm/ (n): vi sinh vật
preferable /ˈpref.ər.ə.bəl/ (adj): thích hợp hơn
ỦNG HỘ READ TO LEAD!
Chào bạn! Có thể bạn chưa biết, Read to Lead là một trang giáo dục phi lợi nhuận với mục đích góp phần phát triển cộng đồng người học tiếng Anh tại Việt Nam. Chúng tôi không yêu cầu người đọc phải trả bất kỳ chi phí nào để sử dụng các sản phẩm của mình để mọi người đều có cơ hội học tập tốt hơn. Tuy nhiên, nếu bạn có thể, chúng tôi mong nhận được sự hỗ trợ tài chính từ bạn để duy trì hoạt động của trang và phát triển các sản phẩm mới.
Bạn có thể ủng hộ chúng tôi qua 1 trong 2 cách dưới đây. – Cách 1: Chuyển tiền qua tài khoản Momo. Số điện thoại 0947.886.865 (Chủ tài khoản: Nguyễn Tiến Trung) Nội dung chuyển tiền: Ủng hộ Read to Lead hoặc – Cách 2: Chuyển tiền qua tài khoản ngân hàng. Ngân hàng VIB chi nhánh Hải Phòng Số tài khoản: 012704060048394 (Chủ tài khoản: Nguyễn Tiến Trung)
Nội dung chuyển tiền: Ủng hộ Read to Lead
