Struktur Enzim Baru Penghancur Plastik

Para ilmuwan berhasil merekayasa enzim yang dapat mencerna jenis plastik yang paling banyak mencemari lingkungan.

Sebuah penelitian yang dilakukan peneliti di Eropa diharapkan bisa memberikan kontribusi signifikan bagi perbaikan lingkungan. Temuan ini menyediakan solusi yang cukup potensial bagi salah satu masalah lingkungan terbesar di dunia ini.

Penemuan baru ini dapat menghasilkan solusi daur ulang untuk jutaan ton botol plastik yang terbuat dari polyethylene terephthalate, atau PET. Di mana saat ini, proses daur ulang di alam bisa berlangsung selama ratusan tahun di alam.

Penelitian ini dipimpin oleh tim dari University of Portsmouth, Inggris dan Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL) dan diterbitkan dalam Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS).

Profesor John McGeehan di Universitas Portsmouth, Inggris dan Dr Gregg Beckham di NREL memecahkan struktur kristal PETase. Ini adalah struktur enzim baru yang ditemukan mencerna PET.

Temuan tersebut menggunakan informasi 3D ini untuk memahami cara kerjanya. Selama studi, para peneliti secara tidak sengaja merekayasa enzim yang lebih baik dalam mendegradasi plastik, bahkan dari enzim alami yang berevolusi di alam.

Kini para peneliti bekerja meningkatkan enzim. Hal ini agar agar memungkinkan penggunaan enzim ini dalam industri untuk memecah plastik secara singkat.

Profesor McGeehan, Direktur Institute of Biological and Biomedical Sciences di School of Biological Sciences di Portsmouth, mengatakan bahwa sedikit yang bisa meramalkan bahwa sejak plastik menjadi populer di tahun 1960-an. "Tumpukan-tumpukan sampah plastik dalam jumlah besar ditemukan mengambang di lautan, atau hanyut di pantai yang masih "perawan" di seluruh dunia," kata McGeehan.

Menurut McGeehan, semua orang dapat memainkan bagian penting dalam menangani masalah plastik. "Tetapi komunitas ilmiah yang akhirnya menciptakan 'bahan ajaib' ini. Sekarang harus menggunakan semua teknologi yang mereka miliki untuk mengembangkan solusi nyata," tambah McGeenhan.

Para peneliti membuat terobosan ketika mereka memeriksa struktur enzim alami yang diduga telah berevolusi di pusat daur ulang limbah di Jepang. Kondisinya memungkinkan bakteri mendegradasi plastik sebagai sumber makanan mereka.

PET, yang dipatenkan sebagai plastik pada tahun 1940-an, belum ada di alam untuk waktu yang lama. Sehingga tim mulai menentukan bagaimana enzim berevolusi dan apakah mungkin untuk memperbaikinya.

Tujuan tim adalah untuk menentukan strukturnya. Meski begitu mereka akhirnya melangkah lebih jauh dan secara tidak sengaja merekayasa enzim yang bahkan lebih baik dalam memecah plastik PET.

"Meskipun perbaikannya sederhana, penemuan tak terduga ini menunjukkan bahwa ada ruang untuk lebih meningkatkan enzim-enzim ini. Juga menggerakkan kita lebih dekat ke solusi daur ulang untuk tumpukan plastik yang dibuang," tambah McGeen

University of Portsmouth dan NREL berkolaborasi dengan para ilmuwan di Diamond Light Source di Inggris, sebuah synchrotron dengan menggunakan sinar X-ray yang sangat terang sebagai mikroskop yang cukup kuat untuk melihat atom-atom individual.

Menggunakan laboratorium terbaru mereka, beamline I23, model 3D ultra-resolusi tinggi dari enzim PETase dihasilkan dalam detail yang sangat indah.

Profesor McGeehan mengatakan bahwa The Diamond Light Source baru-baru ini menciptakan salah satu sinar X-ray paling canggih di dunia dan memiliki akses ke fasilitas ini. Perangkat ini memungkinkan peneliti untuk melihat struktur atom 3D dari PETase dalam detail yang luar biasa.

"Perangkat juga mampu melihat inner workings dari katalis biologis ini memberi kami cetak biru untuk merekayasa enzim yang lebih cepat dan lebih efisien. " kata McGeehan.

Chief Executive of Diamond Light Source, Profesor Andrew Harrison, menambahkan, dengan masukan dari lima lembaga di tiga negara yang berbeda, penelitian ini adalah contoh yang baik tentang bagaimana kerjasama internasional dapat membantu membuat terobosan ilmiah yang signifikan.

"Detail yang dapat ditarik oleh tim dari hasil yang dicapai akan sangat berharga untuk menyesuaikan penggunaan enzim dalam proses daur ulang industri skala besar. Dampak dari solusi inovatif untuk sampah plastik akan bersifat global. Sangat fantastis bahwa para ilmuwan dan fasilitas di Inggris membantu untuk memimpin. " kata Harrison.

Dengan bantuan dari para ilmuwan pemodelan komputasi di University of South Florida dan University of Campinas di Brazil, tim menemukan bahwa PETase terlihat sangat mirip dengan cutinase, tetapi memiliki beberapa fitur yang tidak biasa. Perbedaan-perbedaan ini menunjukkan bahwa PETase mungkin telah berevolusi dalam lingkungan yang mengandung PET dimana memungkinkan enzim untuk mendegradasi PET.

Untuk menguji hipotesis tersebut, para peneliti memutasi situs aktif PETase untuk membuatnya lebih seperti cutinase. Dan hal yang tak terduga terjadi, para peneliti menemukan bahwa mutan PETase lebih baik daripada PETase alami dalam merendahkan PET. Secara khusus, enzim dapat juga menurunkan polyethylene furandicarboxylate, atau PEF, pengganti plastik bebasis berbasis bio.

Meski demikian, temuan ini masih bersifat permulaan. Para peneliti mengatakan bahwa masih banyak penelitian lain yang harus dilakukan untuk sampai pada hasil yang diharapkan.nik/berbagai sumber/E-6

Membuat Plastik agar Lebih "Hijau

Katalis baru memungkinkan konversi karbon dioksida, yakni gas rumah kaca menjadi prekursor dalam industri plastik. Ini sebagai alternatif untuk menggunakan bahan baku minyak bumi.

Para peneliti di Energy Safety Research Institute (ESRI) di Swansea University telah menemukan cara mengubah limbah karbon dioksida menjadi molekul yang membentuk dasar pembuatan plastik. Potensi penggunaan ethylene global yang berasal dari karbon dioksida (CO2) sangat besar.

Rekayasa ini setidaknya memanfaatkan setengah miliar ton karbon yang dipancarkan setiap tahun dan mengimbangi emisi karbon global.

Enrico Andreoli yang mengepalai tim pemanfaatan CO2 di ESRI mengatakan, karbon dioksida bertanggung jawab untuk banyak kerusakan yang disebabkan lingkungan kita. Penelitian berfokus pada menangkap dan menyimpan emisi karbon dioksida yang berbahaya.

"Tapi alternatif untuk penyimpanan jangka panjang yang mahal adalah dengan menggunakan CO2 yang ditangkap sebagai sumber untuk membuat bahan yang berguna," kata Andreoli. Itulah mengapa di Swansea para peneliti telah mengubah karbon dioksida menjadi molekul yang disebut ethylene.

Etilena adalah salah satu molekul yang paling banyak digunakan dalam industri kimia. Etilena juga merupakan bahan awal dalam pembuatan deterjen, pelumas sintetik, dan sebagian besar plastik seperti polietilena, polistiren, dan polivinil klorida yang penting bagi masyarakat modern.

"Saat ini, etilena diproduksi pada suhu yang sangat tinggi dengan uap dari minyak. Kita perlu menemukan cara-cara alternatif untuk memproduksinya sebelum kita kehabisan minyak," sambung Andreoli.

TIm pemanfaatan CO2 menggunakan CO2, air dan listrik "hijau" untuk menghasilkan etilena berkelanjutan pada suhu kamar. Inti dari proses ini adalah katalis baru - bahan yang direkayasa untuk mempercepat pembentukan ethylene. Andreoli menjelaskan, timnya telah menunjukkan bahwa tembaga dan aditif poliamida dapat dikombinasikan untuk membuat katalis yang sangat baik untuk pemanfaatan CO2.

"Poliamida menggandakan efisiensi pembentukan etilena mencapai salah satu tingkat konversi tertinggi yang pernah tercatat dalam larutan air bikarbonat standar," terang Andreoli. Kelompok pemanfaatan CO2 bekerja sama dengan University of Nebraska-Lincoln dan European Synchrotron Research Facility di Grenoble dalam pembentukan katalis.

Andreoli menyimpulkan bahwa potensi menggunakan CO2 untuk membuat bahan sehari-hari sangat besar, dan tentu saja akan menguntungkan produsen skala besar. "Kami sekarang aktif mencari mitra industri yang tertarik untuk membantu membawa teknologi ini relevan secara global," kata Andreoli.nik/berbagai sumber/E-6