Raziskovalci so odkrili, da so slina voščenih črvov in encimi, ki jih vsebuje, ključ do razgradnje polietilena. To odkritje se obravnava kot biološka rešitev problema onesnaževanja s plastiko.
Plastika je prodrla v vse vidike našega sodobnega življenja, od embalaže hrane do oblačil, ki jih nosimo. Čeprav je zaradi svoje praktičnosti in nizke cene vseprisotna, je njena velika proizvodnja, predvsem pa odpornost na biološko razgradnjo, povzročila svetovno krizo onesnaževanja.
Milijoni ton polietilena (PE) – je najbolj proizvedena plastika na svetu, saj predstavlja približno 30 % svetovne proizvodnje, njena proizvodnja pa se vsako leto močno povečuje. Je tudi obstojen v okolju, saj se lahko na odlagališčih in v ekosistemih kopiči več stoletij. Ta pereča težava zahteva inovativne rešitve, ki presegajo tradicionalno recikliranje.
Mehansko recikliranje je trenutno edini način za recikliranje plastičnih odpadkov v velikem obsegu, vendar se sooča z resnimi omejitvami. Dejavniki, kot sta majhno število vrst plastike, primernih za ta postopek, in slaba kakovost sekundarnih izdelkov, močno omejujejo njegove možnosti.
Na drugi strani obstaja kemično recikliranje, katerega cilj je razgradnja plastike za uporabo manjših vmesnih proizvodov, vendar je zaradi visokih stroškov energije težko predelati plastiko in zagotoviti njeno funkcionalnost. Zato je iskanje alternativnih rešitev bistvenega pomena.
Znanstvena skupnost se spričo tega velikega izziva ni ustavila pri iskanju ustvarjalnih alternativ. V zadnjih letih so bile ugotovljene nekatere bakterije, glive in druge vrste, ki imajo neverjetno sposobnost razgradnje plastike.
Voskovni črvi se pridružujejo boju proti onesnaževanju
Presenetljivo odkritje Federice Bertocchini, raziskovalke pri vrhovnem svetu za znanstvene raziskave (CSIC) in ljubiteljske čebelarke, je leta 2017 po naključju odprlo novo obetavno pot raziskav v boju proti onesnaževanju s polietilenom.
Bertocchinijeva je opazila, da so črvi, ki so jih pozneje identificirali kot voščene ali medene črve(Galleria mellonella), preglodali plastično vrečko, v katero jih je začasno namestila. Na njeno presenečenje so se te žuželke hranile s polietilenom.
To odkritje je bilo revolucionarno, saj je odprlo nenavadno biološko perspektivo za obravnavo razgradnje tako obstojnega materiala, ki se lahko v celoti naravno razgradi šele po desetletjih ali stoletjih.
Kasnejše raziskave so poglobile razumevanje tega biološkega mehanizma. Leta 2022 je Bertocchinijeva ekipa razkrila skrivnost neverjetne sposobnosti črva: njegova slina vsebuje posebne encime iz družine fenoloksidaz.
Ti encimi lahko učinkovito oksidirajo polietilen, in kar je najbolj presenetljivo, pri sobni temperaturi. To molekularno odkritje je ključnega pomena, saj je oksidacija prvi in najbolj zapleten korak pri biorazgradnji PE, na katerega običajno vplivajo abiotski dejavniki, kot sta svetloba ali temperatura.
Mehanizmi razgradnje
Profesor Brian Cassone z oddelka za biologijo na univerzi Brandon je vodil študijo, katere cilj je poglobljeno raziskati te biološke mehanizme. Njegova raziskava potrjuje, da ima voščeni črv izjemno sposobnost presnovne razgradnje plastike z impresivno hitrostjo, in sicer v samo nekaj dneh.
Trdi, da lahko „približno 2.000 voščenih črvov razgradi celotno plastično vrečko v samo 24 urah“. „Takšna hitrost razgradnje kaže na resničen potencial za praktično uporabo.“
Cassonejeva študija je osvetlila tudi, kako črvi reciklirajo plastiko: pretvorijo jo v lipide, ki jih nato shranjujejo kot maščobo, podobno kot jo shranjujejo ljudje. Vendar pa prehrana, sestavljena izključno iz plastike, povzroči hitro smrt črvov, ki ne preživijo več kot nekaj dni in izgubijo veliko telesne mase. Zato se postavlja vprašanje o potrebi po dodatni prehrani za ohranjanje zdravja črvov.
Kljub tej pomanjkljivosti Cassonejeva ekipa ostaja optimistična, saj verjame, da lahko razvije superhrano, ki črvov ne bo le ohranjala v dobri telesni kondiciji, temveč jo bo tudi izboljšala.
Dva glavna dejavnika, ki prispevata k plastični krizi, sta
množična vzreja črvov na prehrani, dopolnjeni s polietilenom, kot del krožnega gospodarstva ali preoblikovanje poti za biološko razgradnjo plastike zunaj živalskega telesa z uporabo odprtih encimov.
Poglobljene študije sline voščenih črvov so razkrile prisotnost dveh ključnih encimov, imenovanih PEasas: Demetra in Ceres. To sta prva znana encima, ki lahko oksidirata in depolimerizirata PEasas pri sobni temperaturi in v zelo kratkem času, pri čemer nastanejo ketoni in drugi nizkomolekularni stranski produkti.
To odkritje je revolucionarno, saj odpravlja oviro abiotske oksidacije, ki je zavirala napredek pri biorazgradnji PE.
Razpoložljivost teh žuželčjih encimov, ki delujejo brez predhodne obdelave in v pogojih okolja, predstavlja alternativno in obetavno paradigmo na področju biorazgradnje PE.
To ne odpira le nove poti za recikliranje ali super recikliranje plastičnih sestavnih delov, temveč tudi kaže, da bi lahko bila slina žuželk velik vir razgradnih encimov. Ta raziskava je pomemben korak k krožnemu gospodarstvu za plastiko.
