Plastik Yiyen Bakteri: Ideonella sakaiensis

1900’lü yıllarda petrol enerji ve kimyasal kaynağı olarak kullanılmaya başlandığında bu durum plastiklerin doğuşuna da sebep oldu. Petrol bazlı plastiklerden önce 1890 yılında polilaktik asit (PLA) bazlı biyoplastik icat edilmişti fakat 2.Dünya Savaşı sırasında ve sonrasında takip eden tüketim endüstrileri sonucunda ucuz ve hızlı üretime sahip petrol bazlı plastikler gitgide daha da yaygınlaşmıştı.


Polyethylene Terephthalate (PETE or PET) ,High-Density Polyethylene (HDPE) ,Polyvinyl Chloride (PVC), Polypropylene (PP) ve daha birçok türü içeren bu plastiklerden her yıl ortalama olarak 300 milyon ton kullanmakta ve daha sonra atmaktayız. Plastikler kimyasal açıdan baktığımızda polimer maddelerdir. Yani belli bir kimyasalın (monomer) çok tekrarlı (poli) bir biçimde oluşturduğu zincirlerden oluşur. Bu uzun poli zincir yapıları birleşerek doğal yollarla parçalanmaya dirençli yapıları oluşturur. Plastiğin doğadaki çözünme ömrü plastiğin türüne göre değişse de bu işlem yaklaşık 300 yıl gibi bir süredir.



Plastiklerin geri dönüşümü hem maliyetli hem de plastik üretimi zaten hızlı ve ucuz olduğu için yapılması gereksiz görülen bir işlemdir. Ayrıca pet şişeler gibi polyetilen terephthalate (PET) plastikleri bir kere kullanıldıktan sonra geri dönüşümü uygun olmayan maddelerdir çünkü hem kimyasal yapısı hem de renk gibi fiziksel özellikleri geri dönüşüm işleminden sonra farklılaşmaktadır.


Plastikleri geri dönüştürüp tekrar kullanılır hale getirmek dışındaki bir diğer seçenek ise biyoremidasyon adı verilen bir çevre kirleticisinin mikroorganizmalar yardımıyla uzaklaştırılması işlemidir. Bunun için plastik parçalayıcı enzimlere sahip mikroorganizmalara ihtiyacımız vardır. Araştırmacılar bugüne dek plastikleri az da olsa bir parçalayabilen çeşitli bakteri ve mantar türlerinin olduğunu keşfetmiştir fakat bu türlerin plastiğe etkisi hem çok zaman almakta (3-4 ay min.) hem de tam bir parçalama söz konusu olmamaktadır. Bu mikroorganizmalar ile muamele edilen plastik örneklerinde %30-40 gibi kütle artışları ancak aylar süren laboratuvar koşullarında sağlanabilmiştir.


Ta ki 2016 yılına kadar! 2016 yılında Japonya’nın Sakai şehrinin bir plastik atık bölgesinden izole edilen Ideonella sakaiensis adlı aerobik gram negatif ve çubuk şekilli bir bakteri türünün polyethylene terephthalate (PET) plastik türünü tamamen parçalayabildiği rapor edilmiştir.


Ideonella sakaiensis


Bu bakteri türü PET plastiklerini hem karbon hem de azot kaynağı olarak kullanabilmektedir. Araştırmacılar bu türün enzimlerini analiz ettiklerinde ise bu işlemi gerçekleştirebilmesini sağlayan iki adet enzime sahip olduğunu gördüler. PETase ve MHETase adı verilen bu enzimlerden PETase, PET polimerini monomerler haline getirirken MHETase enzimi ise bu monomerleri doğa için herhangi bir tehtid oluşturmayan Etilen Glikol (ET) ve Terephtalete (TPA) bileşiklerine çevirmektedir.


PETase ve MHETase Mekanizması

PETase ve MHETase Mekanizması Peki petrol bazlı bu plastikler Dünya üzerinde sadece son 50-60 yıldır yaygın bir biçimde kullanılmaya başlamasına rağmen nasıl oldu da I.sakaiensis bu ürünü enerji kaynağı olarak kullanabilmeye başladı, bu kadar hızlı adapte olabildi ve buna özgün enzimler geliştirdi?


PETase enziminin amino asit dizisini inceleyen araştırmacılar bu enzimin bir başka polimer parçalayıcı enzim olan Kütinaz (Cutinase) ile %53 oranında bir benzerlik gösterdiğini gördüler. Kütin maddesi ağaçların ve yaprakların dış katmanlarında bulunan şeffaf, ışığı geçiren ancak su ve gazların geçişini engelleyen bir maddedir. Çeşitli bakteri ve mantarlar bu kütin tabakasını parçalayıp enerji elde etmek ya da kütin tabakasının altındaki bitki kaynaklı diğer yapılara ulaşmak için bu maddeyi parçalayan ve kütinaz ismi verilen bir enzim salgılarlar. Kütinaz ve PETase enzimlerinin hem amino asit dizisi hem de protein 3 boyutlu yapısı açısından bu kadar benzer olması PETase enziminin kütinazın evrimi sonucu ortaya çıktığını akla getirmektedir.



PETase (üstte) ve Kütinaz'ın (altta) 3 boyutlu yapıları

PETase (üstte) ve Kütinaz'ın (altta) 3 boyutlu yapılarıPETase ve kütinazın farklarına bakıldığında PETase’ın aktif bölgesinden açıklığın ( 8.46 A) kütinazdan (2.98 A) yaklaşık 3 kat fazla olduğu ve aktif bölgesindeki bazı amino asitlerin değiştirildiği görülmektedir.


A.) Normal Plastik B.) PETase uygulanmış plastik C.) Mutasyona uğratılarak aktivitesi arttırılmış PETase uygulanmış plastik

PETase’ın plastikler üzerindeki etkisini arttırmayı hedefleyen araştırmacılar PETase üzerinde uyguladıkları nokta mutasyonları gibi değişiklikler sonucu enzimin aktivitesini daha da arttırabildiklerini görmüşlerdir. Bu sonuçlar gösteriyor ki belki de gelecekte plastik yiyen bu bakteriler akıl almaz miktarlara gelen plastik atık üretimimize bir çözüm olabilirler.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

KAYNAKÇA

  1. Somboon Tanasupawat ve arkadaşları, (2016), Ideonella sakaiensis sp. nov., isolated from a microbial consortium that degrades poly(ethylene terephthalate), International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology

15 görüntüleme0 yorum

Son Paylaşımlar

Hepsini Gör