החיידקים והפטריות שלומדים לאכול פלסטיק
כל שנה מגיעות לחופי העולם ידיעות על לווייתנים ובעלי חיים ימיים אחרים שנמצאו מתים, כשבבטן שלהם ערימה של פסולת פלסטיק: חבלים, כוסות, שקיות וצינורות שבני אדם זרקו לים. הסיפורים העצובים האלה חוזרים על עצמם שוב ושוב, ומראים עד כמה משבר הפסולת בים הפך חמור.
המספרים שמאחורי הסיפור הזה ממש לא מרגיעים. פלסטיק הוא חלק גדול ומרכזי מכל הפסולת שמסתובבת בים, וכמויות אדירות ממנו כבר שוכבות היום על קרקעית האוקיינוס. והנתון הכי מדאיג: רק שבריר קטן מכל הפלסטיק שאנחנו זורקים בעולם עובר בסוף מיחזור אמיתי. כל השאר, הכמות העצומה, פשוט נשאר. בהררי זבל, בקרקע, ובים.
אז מה עושים עם הר האשפה הזה? כאן נכנס סיפור שהתחיל ליד מפעל למיחזור בקבוקים, בעיר סקאיי שביפן. במרץ 2016 פרסמו חוקרים מהמכון הטכנולוגי של קיוטו ומאוניברסיטת קיושו, בהובלת קוהיי אודה וקנג'י מיאמוטו, תגלית מפתיעה: הם מצאו בבוץ חיידק בשם 'אידאונלה סקאיינסיס', שיודע להשתמש בסוג הפלסטיק שממנו עשויים רוב בקבוקי השתייה שלנו כמקור המזון העיקרי שלו. פרופ' ג'ון מקגיהן, חוקר בריטי שהצטרף בהמשך לפיתוח, נתקל במאמר ותיאר את התדהמה שלו לנוכח חיידק זעיר שמצליח לכרסם דווקא בפלסטיק. מקגיהן הוסיף נקודה מרתקת: פלסטיק נמצא בשימוש נרחב רק בכ-70 השנה האחרונות, זמן קצר יחסית. לדבריו, מדובר ביכולת מופלאה שהקב"ה הטביע בברואיו הקטנים ביותר, המאפשרת להם למצוא פתרון גם לאתגרים שכלל לא היו קיימים בעבר.
אז איך בדיוק "אוכל" חיידק זעיר בקבוק פלסטיק שלם? הוא מפריש חומר בשם PETase, שאפשר לדמיין כמספריים זעירות ברמה המולקולרית: הן חותכות את השרשראות הארוכות של הפלסטיק לחתיכות הרבה יותר קטנות. אנזים שני, בשם MHETase, ממשיך לפרק את החתיכות האלה עד לשני מרכיבים פשוטים, שאותם החיידק כבר יודע "לעכל" ולהשתמש בהם כאנרגיה, בדיוק כמו שאנחנו אוכלים ארוחה. בתנאי מעבדה אידיאליים, החיידק מצליח לפרק סרט פלסטיק דק תוך כשישה שבועות בלבד.
טעות מעבדה שיצרה סופר-אנזים
כשמקגיהן גילה את המאמר היפני, הוא לא המתין. הוא שלח מייל לעמיתו ד"ר גרג בקהאם, מהמעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת שבקולורדו שבארצות הברית, שכבר הספיק לקרוא את המחקר בעצמו. השניים החליטו לשתף פעולה, גם בלי תקציב מיוחד לכך. "החלטנו שעלינו לחבר את הצוותים שלנו למחקר משותף, כי ההזדמנות הזאת פשוט מלהיבה מכדי שנפספס אותה", סיפר מקגיהן. הצוות המשותף יצא לפענח את המבנה המדויק של האנזים PETase, כדי להבין בדיוק איך הוא עובד.
איך בכלל הופכת טעות במעבדה לפריצת דרך מדעית? החוקרים ניסו לשנות מעט את "אזור העבודה" של האנזים, החלק הקטן שבו מתרחשת בפועל התגובה הכימית, בהשראת אנזימים דומים אחרים. בטעות, הם יצרו גרסה חדשה שפירקה פלסטיק ביעילות גבוהה יותר בכ-20% מהגרסה המקורית. "תדמיינו לולאות שמחוברות זו לזו, וזוג מספריים שנכנס וחותך את הקשר שביניהן, ככה בערך עובד אנזים", הסביר מקגיהן. "וכך בעצם הוא משחרר בחזרה את חומרי הגלם המקוריים". התגלית פורסמה בכתב העת הרשמי של האקדמיה הלאומית האמריקאית למדעים (PNAS), והמחקר זכה למימון ממספר גופים, ובהם המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת בארצות הברית וגורמי מחקר בריטיים.
בעקבות התגלית הראשונית, שגם היא התפרסמה ב-PNAS, פותח בהמשך "סופר-אנזים": גרסה שמשלבת שני אנזימים יחד, ומצליחה לפרק פלסטיק מהר פי שישה מהאנזים המקורי של החיידק היפני. לדברי מקגיהן, "כרגע הסופר-אנזים מפרק את הפלסטיק בתוך שבועות אחדים, ואם נצליח להאיץ את התהליך עוד יותר, אולי בעתיד נגיע לפירוק בתוך שעות ספורות בלבד". מחקר נפרד, של צוות בינלאומי מאימפריאל קולג' לונדון ומאוניברסיטת סארי שבדרום אנגליה, זיהה אנזים אחר בשם PHL7, שמראה יעילות גבוהה אף יותר, אך רק אחרי שהפלסטיק עובר טיפול מקדים מיוחד שהופך אותו לנגיש יותר לפירוק.
מחקרים נוספים המשיכו לשפר את היכולות של האנזים. צוות מדעי אחד פיתח גרסה שהייתה יעילה פי 58 מהאנזים המקורי, ושמרה על היכולת לפרק פלסטיק במשך כ-20 יום, לעומת הזן הטבעי, שמאבד את הפעילות שלו תוך יממה אחת בלבד. שיפורים אחרים הפכו את האנזים ליציב יותר בחום, בכ-17 עד 20 מעלות צלזיוס נוספות, כך שהוא יכול לפעול בטמפרטורות גבוהות בהרבה בלי להתקלקל בעצמו. אבל הדרך לייצור בקנה מידה תעשייתי עדיין ארוכה, וכל השיפורים האלה הם רק הצעד הראשון בדרך לשם.
פטריות מיערות הגשם למאבק
לצד החיידקים, מתברר שגם פטריות מחזיקות ביכולות דומות, ולא פחות מסקרנות. בשנת 2011 גילו סטודנטים מאוניברסיטת ייל, במהלך מסע מחקר ביערות הגשם של אקוודור, זן פטרייה בשם "פסטלוטיופסיס מיקרוספורה" שמסוגל לפרק פוליאוריתן, סוג פלסטיק נפוץ שמשמש למשל בקצף ובבידוד. הגילוי היה מקרי לגמרי: צלחת מעבדה נעלמה, והתברר שהפטרייה עיכלה אותה כליל ולא השאירה זכר. פרופ' סקוט סטרובל, שהוביל את קבוצת המחקר, תיאר את המשמעות במילים חדות: "זאת הפעם הראשונה בהיסטוריה שמתגלה יצור חי שמסוגל לפרק פלסטיק במהירות גדולה כל כך. הפטרייה הזאת היא תקווה ענקית". ומעבר לזה, הפטרייה הצליחה לפרק את הפלסטיק אפילו בלי חמצן בכלל, בדיוק התנאים שקיימים עמוק בתוך מזבלות.
ניסויים מאוחרים יותר בדקו פטריות נוספות שנאספו מסביבות חוף שונות, כדי לבדוק עד כמה התכונה הזו נפוצה בטבע. חלק מהפטריות שנבדקו הראו יכולת כלשהי לפרק פלסטיק, ואף שיפרו את הביצועים שלהן ככל שנחשפו לחומר לאורך זמן. הממצאים האלה מחזקים את התחושה שהיכולת לפרק פלסטיק היא כנראה לא נדירה כמו שחשבו פעם, וייתכן שעוד יצורים רבים ברחבי העולם מסתובבים עם יכולות דומות שפשוט עוד לא התגלו.
האם כל תגלית כזו היא בהכרח בשורה טובה? לא בהכרח. למרות כל ההתלהבות מהתגליות האלה, חוקרים בתחום מזהירים מפני אופטימיות יתרה. פלסטיק עשוי מפחמן שמקורו בדלקים מאובנים, וכשמיקרואורגניזמים מפרקים אותו, יש הטוענים שהתהליך עלול לשחרר פחמן דו-חמצני לאטמוספרה, לא כל כך שונה משריפת נפט או גז. במילים אחרות, גם פתרון שנשמע ירוק לגמרי, נושא בתוכו סיבוכים סביבתיים משלו שדורשים בדיקה מדוקדקת.
עדיין נותרו לא מעט מכשולים בדרך ליישום מעשי ורחב היקף. קצב פירוק הפלסטיק בטבע עדיין איטי מדי, ולצד זה עומדת שאלת העלות הכלכלית של גידול מיקרואורגניזמים בכמויות תעשייתיות. ובכל זאת, המחשבה שבבריאה עצמה, בחיידק זעיר או בפטרייה מיקרוסקופית, טמון פתרון לחומר שהאדם עצמו המציא ולא ידע איך להיפטר ממנו, ממשיכה להניע מדענים ברחבי העולם לחפש עוד ועוד פתרונות דומים, מיערות הגשם של אקוודור ועד לחופים רחוקים אחרים.
תגובות (3)