பிளாஸ்டிக்கை ஜீரணிக்கும் விகாரமான நொதியை ஆராய்ச்சியாளர்கள் உருவாக்குகின்றனர்
இரண்டு பிரேசிலியர்களை உள்ளடக்கிய சர்வதேச விஞ்ஞானிகள் குழுவின் கண்டுபிடிப்பு, பொருளால் ஏற்படும் மாசுபாட்டைக் குறைக்க உதவும்.
காம்பினாஸ் பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த இரண்டு பிரேசிலியர்கள் பங்கேற்கும் சர்வதேச விஞ்ஞானிகள் குழு (யூனிகாம்ப்), பாலிஎதிலீன் டெரெப்தாலேட், பிஇடி பிளாஸ்டிக் ஆகியவற்றை உண்ணும் திறன் கொண்ட PETase என்ற நொதியின் செயல்திறனை மேம்படுத்த முடிந்தது. 2016 ஆம் ஆண்டில் ஒரு புதிய வகை பாக்டீரியாவில் PETase கண்டுபிடிக்கப்பட்ட பிறகு, ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு நொதியின் கட்டமைப்பைப் பெறவும் அது எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைப் புரிந்து கொள்ளவும் வேலை செய்தது. இந்த செயல்பாட்டில், தற்செயலாக, PET க்கு இன்னும் அதிக ஈடுபாட்டைக் கொண்ட நொதியின் பிறழ்வை அவர்கள் உருவாக்கி முடித்தனர் - அதாவது, பிளாஸ்டிக்கை சிதைக்கும் அதிக சாத்தியம்.
ஒவ்வொரு ஆண்டும் 4.8 முதல் 12.7 மில்லியன் டன் பிளாஸ்டிக் கடல்களில் வெளியிடப்படுவதாக மதிப்பிடப்பட்டுள்ளதால், இந்த வேலை நடைமுறை பயன்பாட்டிற்கான மகத்தான ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது - இந்த எண்ணிக்கை மட்டுமே வளர வாய்ப்புள்ளது. கிரகத்தின் மிக தொலைதூர கடற்கரைகளில் கூட குவிந்து கிடக்கும் பிளாஸ்டிக்குகள், சீரழிவை எதிர்ப்பதன் காரணமாக துல்லியமாக பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இது சுற்றுச்சூழலை மிகவும் அச்சுறுத்துகிறது. நிராகரிக்கப்பட்டால், ஒரு PET பாட்டில், எடுத்துக்காட்டாக, 800 ஆண்டுகள் சுற்றுச்சூழலில் இருக்க முடியும் - மைக்ரோபிளாஸ்டிக்ஸின் வளர்ந்து வரும் மற்றும் ஆபத்தான பிரச்சனைக்கு கூடுதலாக.
- உணவுச் சங்கிலியில் பிளாஸ்டிக் கழிவுகளால் ஏற்படும் சுற்றுச்சூழல் தாக்கத்தைப் புரிந்து கொள்ளுங்கள்
- கடல்களை மாசுபடுத்தும் பிளாஸ்டிக்கின் தோற்றம் என்ன?
இவை அனைத்தையும் கொண்டு, பாலிஎதிலீன் டெரெப்தாலேட்டை ஜீரணிக்கும் திறன் கொண்ட ஒரு நொதியின் கண்டுபிடிப்பால் தூண்டப்பட்ட பெரும் ஆர்வத்தைப் புரிந்துகொள்வது எளிது. PETase எனப்படும் இந்த நொதி, இப்போது பிளாஸ்டிக்கை சிதைக்கும் திறனை அதிகரித்துள்ளது. இல் வெளியிடப்பட்ட ஒரு கட்டுரையில் புதுமை விவரிக்கப்பட்டுள்ளது அமெரிக்காவின் தேசிய அறிவியல் அகாடமியின் செயல்முறைகள் (PNAS).
ஐக்கிய இராச்சியம் (போர்ட்ஸ்மவுத் பல்கலைக்கழகம்) மற்றும் அமெரிக்கா (தேசிய புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி ஆய்வகம்) ஆகியவற்றின் ஆராய்ச்சியாளர்களுடன் இணைந்து, காம்பினாஸ் மாநில பல்கலைக்கழகத்தின் (IQ-Unicamp) வேதியியல் நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த இரண்டு ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த ஆராய்ச்சியில் பங்கேற்றனர். அவர்கள் முதுகலை மாணவர் ரோட்ரிகோ லியாண்ட்ரோ சில்வீரா மற்றும் அவரது மேற்பார்வையாளர், யூனிகாம்ப் முனிர் சலோமோ ஸ்காஃபின் தலைமை பேராசிரியர் மற்றும் ஆராய்ச்சியின் டீன்.
"முக்கியமாக பான பாட்டில்கள் தயாரிப்பில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, பாலிஎதிலின் டெரெப்தாலேட் ஆடைகள், விரிப்புகள் மற்றும் பிற பொருள்கள் தயாரிப்பிலும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. எங்கள் ஆராய்ச்சியில், இந்த பிளாஸ்டிக்கை ஜீரணிக்கக்கூடிய நொதியின் முப்பரிமாண அமைப்பை நாங்கள் வகைப்படுத்தினோம், நாங்கள் அதை வடிவமைத்து, அதன் சிதைவு சக்தியை அதிகரித்தோம், மேலும் இது பாலிஎதிலீன்-2,5-ஃபுரானெடிகார்பாக்சிலேட்டிலும் (PEF) செயலில் உள்ளது என்பதை நிரூபித்தோம். புதுப்பிக்கத்தக்க மூலப்பொருட்களிலிருந்து தயாரிக்கப்படும் PET க்கு மாற்றாக,” சில்வீரா Agência FAPESP இடம் கூறினார்.
2016 ஆம் ஆண்டில், ஷோசுகே யோஷிடா தலைமையிலான ஜப்பானிய ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு, ஒரு புதிய வகை பாக்டீரியாவை அடையாளம் கண்டபோது, PETase மீதான ஆர்வம் வெளிப்பட்டது. ஐடியோனெல்லா சகாயென்சிஸ், பாலிஎதிலீன் டெரெப்தாலேட்டை கார்பன் மற்றும் ஆற்றலின் ஆதாரமாகப் பயன்படுத்த முடியும் - வேறுவிதமாகக் கூறினால், PET க்கு உணவளிக்க முடியும். இன்றுவரை, இந்த திறன் கொண்ட ஒரே உயிரினம் இதுவாகும். இது உண்மையில் PET இல் வளர்கிறது.
"அடையாளம் காண்பதற்கு கூடுதலாக ஐடியோனெல்லா சகாயென்சிஸ், சுற்றுச்சூழலில் சுரக்கும் இரண்டு என்சைம்களை அது உற்பத்தி செய்வதை ஜப்பானியர்கள் கண்டுபிடித்தனர். சுரக்கும் நொதிகளில் ஒன்று துல்லியமாக PETase ஆகும். இது ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு படிகத்தன்மையைக் கொண்டிருப்பதால், PET ஒரு பாலிமர் ஆகும், இது சிதைப்பது மிகவும் கடினம். சில இறுக்கமாக நிரம்பிய பாலிமர்கள் சிதைவை எதிர்க்க வேண்டிய சொத்தின் பெயரை தொழில்நுட்ப ரீதியாக 'ரீகால்சிட்ரன்ஸ்' என்ற சொல்லைப் பயன்படுத்துகிறோம். PET அவற்றில் ஒன்று. ஆனால் PETase அதைத் தாக்கி சிறிய அலகுகளாக உடைக்கிறது - மோனோ(2-ஹைட்ராக்சிதைல்) டெரெப்தாலிக் அமிலம் (MHET). MHET அலகுகள் டெரெப்தாலிக் அமிலமாக மாற்றப்படுகின்றன [இரண்டாவது நொதி மூலம்] மற்றும் பாக்டீரியாவால் உறிஞ்சப்பட்டு வளர்சிதைமாற்றம் செய்யப்படுகிறது" என்று சில்வீரா கூறினார்.
அறியப்பட்ட அனைத்து உயிரினங்களும் உயிர்வாழ உயிர் மூலக்கூறுகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. ஐடியோனெல்லா சகாயென்சிஸ் தவிர மற்ற அனைத்தும் மனிதர்களால் தயாரிக்கப்பட்ட செயற்கை மூலக்கூறைப் பயன்படுத்துகின்றன. அதாவது, இந்த பாக்டீரியம் கடந்த சில தசாப்தங்களாக நடந்த மிக சமீபத்திய பரிணாம செயல்முறையின் விளைவாகும். இது 1940 களின் முற்பகுதியில் உருவாக்கப்பட்ட ஒரு பாலிமருக்கு மாற்றியமைக்க முடிந்தது மற்றும் 1970 களில் மட்டுமே தொழில்துறை அளவில் பயன்படுத்தத் தொடங்கியது. அதற்கு, PETase முக்கிய பகுதியாகும்.
"PETase கடினமான பகுதியை செய்கிறது, இது படிக அமைப்பை உடைத்து PET ஐ MHET ஆக டிபாலிமரைஸ் செய்கிறது. MHET ஐ டெரெப்தாலிக் அமிலமாக மாற்றும் இரண்டாவது என்சைமின் வேலை, ஏற்கனவே மிகவும் எளிமையானது, ஏனெனில் அதன் அடி மூலக்கூறு மோனோமர்களால் உருவாகிறது, நொதிகள் எளிதில் அணுகக்கூடியவை, ஏனெனில் அவை எதிர்வினை ஊடகத்தில் சிதறடிக்கப்படுகின்றன. எனவே, ஆய்வுகள் PETase மீது கவனம் செலுத்தியது" என்று சில்வீரா விளக்கினார்.
அடுத்த கட்டமாக PETase ஐ விரிவாகப் படிப்பது, இது புதிய ஆராய்ச்சியின் பங்களிப்பாகும். "மற்ற நொதிகள் மிகவும் திறமையாகச் செய்ய முடியாத ஒன்றை PETase க்குக் கொடுத்தது எது என்பதைக் கண்டுபிடிப்பதே எங்கள் கவனம். அதற்கு, இந்த புரதத்தின் முப்பரிமாண அமைப்பைப் பெறுவது முதல் படியாக இருந்தது”, என்றார்.
“முப்பரிமாண அமைப்பைப் பெறுவது என்பது மேக்ரோமூலக்யூலை உருவாக்கும் ஆயிரக்கணக்கான அணுக்களில் ஒவ்வொன்றின் x, y மற்றும் z ஆயத்தொலைவுகளைக் கண்டறிவதாகும். எங்கள் பிரிட்டிஷ் சகாக்கள் எக்ஸ்ரே டிஃப்ராக்ஷன் எனப்படும் நன்கு அறியப்பட்ட மற்றும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி இந்த வேலையைச் செய்தனர், ”என்று அவர் விளக்கினார்.
மாற்றியமைக்கப்பட்ட என்சைம் பாலிமருடன் சிறப்பாக பிணைக்கிறது
முப்பரிமாண அமைப்பு கிடைத்தவுடன், ஆராய்ச்சியாளர்கள் PETase ஐ தொடர்புடைய புரதங்களுடன் ஒப்பிடத் தொடங்கினர். மிக நெருக்கமான விஷயம் தெர்மோபிஃபிடா ஃபுஸ்கா என்ற பாக்டீரியத்தில் இருந்து ஒரு கடினேஸ் ஆகும், இது குட்டினை சிதைக்கிறது, இது தாவர இலைகளை பூசக்கூடிய ஒரு வகையான இயற்கை வார்னிஷ் ஆகும். சில நோய்க்கிருமி நுண்ணுயிரிகள் கட்டின் தடையை உடைத்து, இலைகளில் இருக்கும் ஊட்டச்சத்துக்களைப் பொருத்துவதற்கு குட்டினேஸ்களைப் பயன்படுத்துகின்றன.
படம்: PETase அமைப்பு, நீல நிறத்தில், PET சங்கிலியுடன் (மஞ்சள் நிறத்தில்) அதன் செயலில் உள்ள தளத்தில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது, அங்கு அது சிதைக்கப்படும். செய்தி வெளியீடு/ரோட்ரிகோ லியாண்ட்ரோ சில்வீரா.
"வேதியியல் எதிர்வினைகள் நடைபெறும் நொதியின் பகுதியில், 'செயலில் உள்ள தளம்' என்று அழைக்கப்படும், PETase க்கு கடினேஸ் தொடர்பாக சில வேறுபாடுகள் இருப்பதை நாங்கள் கண்டறிந்தோம். இது மிகவும் திறந்த செயலில் உள்ள தளத்தைக் கொண்டுள்ளது. கணினி உருவகப்படுத்துதல்கள் மூலம் - இது நான் அதிகம் பங்களித்த பகுதியாகும் - நொதியின் மூலக்கூறு இயக்கங்களை எங்களால் படிக்க முடிந்தது. X-ray டிஃப்ராஃப்ரக்ஷனால் பெறப்பட்ட படிக அமைப்பு நிலையான தகவலை வழங்கும் அதே வேளையில், உருவகப்படுத்துதல்கள் மாறும் தகவலைப் பெறுவதை சாத்தியமாக்குகின்றன மற்றும் PET சிதைவு செயல்பாட்டில் ஒவ்வொரு அமினோ அமிலத்தின் குறிப்பிட்ட பங்கைக் கண்டறியவும், IQ-Unicamp இன் ஆராய்ச்சியாளர் விளக்கினார்.
மூலக்கூறு இயக்கத்தின் இயற்பியல், அணுக்கள் மற்றும் வெப்பநிலையின் மிகப்பெரிய வரிசையின் மின்னியல் ஈர்ப்புகள் மற்றும் விரட்டல்களின் விளைவாகும். கணினி உருவகப்படுத்துதல்கள் PETase எவ்வாறு PET உடன் பிணைக்கிறது மற்றும் தொடர்பு கொள்கிறது என்பதை நன்கு புரிந்துகொள்ள எங்களுக்கு உதவியது.
"செயலில் உள்ள தளத்தில் PETase மற்றும் cutinase இரண்டு வெவ்வேறு அமினோ அமிலங்களைக் கொண்டிருப்பதை நாங்கள் கண்டறிந்தோம். மூலக்கூறு உயிரியல் செயல்முறைகளைப் பயன்படுத்தி, PETase இல் பிறழ்வுகளை உருவாக்குகிறோம், அதை குட்டினேஸாக மாற்றும் நோக்கத்துடன், சில்வீரா கூறினார்.
"எங்களால் இதைச் செய்ய முடிந்தால், PETase ஏன் PETase ஆகும் என்பதைக் காண்பிப்போம், அதாவது, PET-ஐ இழிவுபடுத்தும் இத்தகைய விசித்திரமான பண்புகளை எந்த கூறுகள் கொடுக்கின்றன என்பதை நாங்கள் அறிவோம். ஆனால் எங்களுக்கு ஆச்சரியமாக, PETase இன் விசித்திரமான செயல்பாட்டை அடக்க முயற்சிப்பதன் மூலம், அதாவது, PETase ஐ cutinase ஆக மாற்ற முயற்சிப்பதன் மூலம், நாம் இன்னும் செயலில் PETase ஐ உருவாக்குகிறோம். நாங்கள் செயல்பாட்டைக் குறைக்கப் பார்க்கிறோம், அதற்கு பதிலாக, நாங்கள் அதை அதிகரித்தோம்," என்று அவர் கூறினார்.
அசல் PETase ஐ விட பிறழ்ந்த PETase ஏன் சிறந்தது என்பதைப் புரிந்துகொள்வதற்கு கூடுதல் கணக்கீட்டு ஆய்வுகள் தேவைப்பட்டன. மாடலிங் மற்றும் உருவகப்படுத்துதல்கள் மூலம், PETase இல் உருவாக்கப்பட்ட மாற்றங்கள் அடி மூலக்கூறுடன் என்சைம் இணைப்பிற்கு சாதகமாக இருப்பதைக் காண முடிந்தது.
மாற்றியமைக்கப்பட்ட என்சைம் பாலிமருடன் சிறப்பாக பிணைக்கிறது. இந்த இணைப்பு வடிவியல் காரணிகளைப் பொறுத்தது, அதாவது இரண்டு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான "விசை மற்றும் பூட்டு" வகை பொருத்தம். ஆனால் வெப்ப இயக்கவியல் காரணிகள், அதாவது நொதி மற்றும் பாலிமரின் பல்வேறு கூறுகளுக்கு இடையிலான தொடர்புகள். இதை விவரிப்பதற்கான நேர்த்தியான வழி, மாற்றியமைக்கப்பட்ட PETaseக்கு அடி மூலக்கூறுக்கு "அதிக ஈடுபாடு" உள்ளது என்று கூறுவது.
எதிர்கால நடைமுறை பயன்பாட்டின் அடிப்படையில், டன் கணக்கில் பிளாஸ்டிக் கழிவுகளை சிதைக்கும் திறன் கொண்ட ஒரு மூலப்பொருளைப் பெறுவது, ஆய்வு மிகப்பெரிய வெற்றியைப் பெற்றது. ஆனால் PETase ஐ PETase ஆக்குவது எது என்ற கேள்விக்கு விடை கிடைக்கவில்லை.
"குட்டினேஸில் அமினோ அமிலங்கள் ஏ மற்றும் பி உள்ளன. PETase அமினோ அமிலங்கள் x மற்றும் y உள்ளது. x மற்றும் y ஐ a மற்றும் b க்கு மாற்றுவதன் மூலம், PETase ஐ cutinase ஆக மாற்ற முடியும் என்று நாங்கள் கற்பனை செய்கிறோம். அதற்கு பதிலாக, மேம்படுத்தப்பட்ட PETase ஐ உருவாக்குகிறோம். வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், இரண்டு அமினோ அமிலங்கள் இரண்டு நொதிகளின் வேறுபட்ட நடத்தைக்கான விளக்கம் அல்ல. இது வேறு விஷயம், ”என்றார் சில்வீரா.
நடந்துகொண்டிருக்கும் பரிணாமம்
குட்டினேஸ் என்பது ஒரு பழங்கால நொதியாகும், அதே சமயம் PETase என்பது ஒரு நவீன நொதியாகும், இது பரிணாம அழுத்தத்தின் விளைவாக உருவாகிறது. ஐடியோனெல்லா சகாயென்சிஸ் கார்பன் மற்றும் ஆற்றலின் ஆதாரமாக பாலிஎதிலீன் டெரெப்தாலேட் மட்டுமே அல்லது முக்கியமாகக் கொண்டிருக்கும் சூழலுக்கு ஏற்ப.
இந்த பாலிமரைப் பயன்படுத்த முடியாத பல பாக்டீரியாக்களில், சில பிறழ்வுகள் அவ்வாறு செய்யக்கூடிய ஒரு இனத்தை உருவாக்கியது. இந்த பாக்டீரியம் மற்றவற்றை விட அதிகமாக இனப்பெருக்கம் செய்து வளரத் தொடங்கியது, ஏனெனில் அது போதுமான உணவைக் கொண்டிருந்தது. அதனுடன் அவள் வளர்ந்தாள். குறைந்தபட்சம் அது நிலையான பரிணாமக் கோட்பாட்டால் வழங்கப்படும் விளக்கம்.
"சிறிய மாற்றத்தைச் செய்வதன் மூலம் ஒரு சிறந்த நொதியைப் பெற்றோம் என்பது இந்த பரிணாமம் இன்னும் முழுமையடையவில்லை என்பதை உறுதியாகக் கூறுகிறது. இன்னும் திறமையான நொதிகளைப் பெறுவதற்கான புதிய பரிணாம சாத்தியக்கூறுகள் இன்னும் புரிந்து கொள்ளப்பட்டு ஆராயப்பட உள்ளன. மேம்படுத்தப்பட்ட PETase சாலையின் முடிவு அல்ல. இது ஆரம்பம்தான்” என்றார் சில்வீரா.
பயன்பாட்டின் பார்வையில், அடுத்த படி ஆய்வகத்திலிருந்து தொழில்துறை அளவிற்கு நகர்த்த வேண்டும். இதற்கு, உலை பொறியியல், செயல்முறை மேம்படுத்தல் மற்றும் செலவு குறைப்பு தொடர்பான பிற ஆய்வுகள் அவசியம்.
