Plastik parçalayıcı bakteriler, gün geçtikçe büyüyen plastik kirliliği krizine gelecekte olası bir çözümdür. Yüksek moleküler ağırlıklı polimer çok sağlamdır ve ayrıştırılması zordur, ancak doğru teknikler uygulandığında imkânsız değildir. Yere vurduklarında paramparça olmayan sağlam olan ketçap şişeleri parçalanmamaktadır ve bu şişenin çürümesinin 400 yıldan fazla sürdüğü trajik bir gerçektir. Plastik o kadar sık kullanılıyor ki, onsuz bir yaşam hayal etmek neredeyse imkânsızdır. Eskilerde bir cam şişede süt alabilmek mümkün iken bugün her şey bir çeşit plastik ambalajla tüketicilerine ulaşmaktadır. Plastik uzun zaman kullanışlı, sağlam, esnek, aşınmaya ve yıpranmaya karşı dayanıklıdır ve genellikle cama en ucuz alternatiftir. Önceleri plastik modern bir bakış açısı gibi görünse de günümüzde böyle değildir. Çünkü herkes geri dönüşümlü olmayan plastik kullanımını azaltma ihtiyacının farkındadır. Bu şarttır çünkü plastik kolayca ayrışmadığı için iklim ve sürdürülebilirlik krizinin gittikçe büyümektedir.

Plastik, PET (polietilen tereftalat) ve polietilen dâhil olmak üzere birçok türde oluşmaktadır. Bunlar, ev eşyalarında en yaygın bulunan plastiklerdir ve ayrıştırılması en zor olanlardır. Neyse ki, doğa bulunan en güvenilir organizmalar bu sorun açısından bir umut olabilir. Bu yazıda plastik sorununa çözüm olarak bakterilerin nasıl yardımcı olabileceğine dair bilgiler bulunmaktadır.

Plastiğin Ayrıştırılması Neden Bu Kadar Zordur?

Plastik, karbon, hidrojen, oksijen, azot ve klor gibi farklı elementlerden oluşan sentetik bir sentetik maddedir. Tekrarlayan monomer birimlerinden yapılmış yüksek molekül ağırlıklı bir polimerdir. Petrolün yan ürünleri plastik üretiminde önemli bir hammaddedir. Polietilen veya polietilen en yaygın yan üründür ve plastiklerin biyolojik olarak bozulmayan doğasından sorumludur. Plastik oluşumu sırasında, örneğin, birkaç monomerik birim etilen veya propilen, kuvvetli hidrojen kuvvetlerinin yardımıyla birleşerek bağlanmaktadır. Bu tür kuvvetlerin kırılması neredeyse imkânsızdır, bu da son ürün plastiğini yıkılmaz hale getirmektedir. Bunun nedeni basittir: petrolün kendisi, mikroorganizmalar tarafından milyonlarca yıllık çürümenin ürünüdür. Bu nedenle, petrol türevi ürünlerin ayrışması uzun zaman almaktadır. Doğal olarak oluşan bakteriler nadiren bu tür kompleks bileşiklerin doğasını kavrayabilmektedirler ve bu nedenle onu parçalayamamaktadırlar.

Plastiği Parçalamak Mümkün müdür?

Bu soru, dünyanın dört bir yanındaki bilim adamlarını ve çevrecileri çok uzun bir süredir rahatsız etmektedir. Plastiklerin artan üretimi ve talebi, doğası gereği ölümsüz olana yakın yapısı uzmanlar ve bilim adamları tarafından ciddi eleştiriler almıştır. Günümüzde birçok plastik bozulma yöntemi uygulanmaktadır, ancak plastiğin tamamen ortadan kaldırılması uzak bir olasılık olmaya devam etmektedir. Plastik bozulmanın en yaygın biçimleri UV (ultraviyole) ışığına maruz kalmanın yanı sıra rüzgâr veya dalgaların neden olduğu mekanik tahribatı içermektedir. İşlem sonunda daha büyük plastik malzemeleri nano ve mikro plastik olarak adlandırılan daha küçük parçalara ayrılmaktadır. Bir mikro plastik 5 mm’den küçüktür, bir nano plastik parçası ise 0,1 mikrometreden daha az bir şeydir.

Plastikler, mekanik yöntemler kullanılarak bir dereceye kadar bozulabilmektedirler ancak mikro ve nano-plastikler gibi nihai ürünler, deniz ve kara ekosistemine girmektedirler. Bu küçük parçalar yiyeceklere olarak karışmaktadır, deniz ve kara hayvanları tarafından tüketilmektedir, yani sonuçta besin zincirine girmektedir. Balık Acanthochromis polyacanthus üzerinde yapılan bir araştırma, balıkların bağırsak boşluğunda 300 mikrometreden daha büyük boyutlardaki mikro plastiklerin bulunduğunu ortaya koymuştur. Sadece balıklar değil, koyun veya keçi gibi karasal hayvanlar da yanlışlıkla mikro veya nano-plastik tüketebilmektedirler. Hayvan plastiği tamamen sindiremediği için sindirim sisteminde birikmektedir. Bu plastik sonunda bu tür hayvanların sindirim sistemi tüketildiğinde insan vücuduna girmektedir. Plastikler, kanserojenler, kurşun, kadmiyum ve cıva gibi çeşitli toksik bileşenler içermektedir ve yutulduğunda büyük hasarlara neden olabilmektedir. Plastiği degrade etmek için mevcut mekanik yöntemler plastiği tamamen parçalayamadığından yetersizdir. Mikroorganizmaların içinde bulunan çeşitli enzimler nedeniyle harekete geçtiği yer burasıdır.

Plastikler, 1960 yılındaki tanıtımından bu yana imalat ve kullanımlarında olağanüstü bir büyüme görmüştür. Doğa, plastik kullanımında bu kadar hızlı bir artışla baş edememektedir. Sonuç olarak, doğanın bakterilerinin çoğu plastiği tamamen parçalayabilen enzimlerle tamamen gelişmemiştir. Ancak, eski deyişin gittiği gibi, bir iradenin olduğu yerde, bir yolu vardır. 2016 yılında, Kyoto Teknoloji Enstitüsü’nden bir araştırma ekibi ilk olarak bir bakteri (çoğul: bakteri) Ideonella sakaiensis tanımlamıştır. Bakteri, Japonya’daki PET şişe geri dönüşüm tesislerinden birinde bulunmuştur ve insanlığın ihtiyaç duyduğu plastik parçalayıcı nitelikleri sağlayabilmektedir! Bu bir zamanlar imkânsız olan durumu başarabilen tek bakteri değildir. Polimerik plastiği oligomerlere (8 monomerik birim) ve monomerlere indirgeyebilen birkaç tane daha bulunmaktadır.

Phylum Actinobacteria ve cins Thermobifidia, Thermomonospora ve S accharomonospora’ya ait bakteriler , plastik parçalayıcı enzimleri ile bazı umut verici sonuçlar vermişlerdir. Plastiği parçalayabilen daha fazla bakteri bulunmaktadır, ancak içlerinde bulunan enzimler endüstriyel kullanım için yavaştır. Bakterilerin büyük ölçekte kullanılabilmesi için hala yapılması gereken çok sayıda araştırma bulunmaktadır.

Mikroorganizmalar Plastiği Nasıl Bozarlar?

Ideonella sakaiensis, bakterilerin plastiği nasıl azaltabileceğini göstermek için en iyi çalışılan modeldir. Polietilen tereftalat (PET) ve polistiren en yaygın kullanılan ev plastikleridir. Bir enzim, kimyasal reaksiyonları hızlandırabilen biyolojik bir katalizördür. Hidrolaz reaksiyonu, kimyasal bir bağı parçalamak için bir su molekülü kullanan herhangi bir reaksiyondur. Kısacası, bir PETaz reaksiyonu, bir su molekülünün yardımıyla bir karbon bağının kopmasını içeren enzimatik bir reaksiyondur. PET, bakteri için ana karbon ve enerji kaynağıdır.
PETaz, PET’i mono (2-hidroksietil) tereftalik asit (MHET) ve etilen glikole ayrıştırmaktadır. Bu son ürünlerin her ikisi de nispeten iyi huyludur ve daha basit yöntemlerle parçalanması daha kolaydır. MHET, hücrenin dış zarı tarafından 2 monomerik bileşiğe ayrıştırılırken, Etilen glikol, I. sakaiensis ve diğer çevreleyen bakteriler tarafından kolayca alınarak kullanılmaktadır. Thermobifidia bakterisinden dört enzim, güçlü PET bozucular olarak tanımlanmıştır. Enzimler ara MHET ürünü tarafından kısmen inhibe edildiğinden, bazı sınırlamalar bulunmaktadır. Bu engeli aşmak için çaba sarf edilmektedir. Polietilen (PE) veya polietilen, parçalanma için mikroorganizmaların hedefi olan etilen monomerlerin uzun zincirli bir polimeridir. Pseudomonas, Staphlyococcus, Streptomyces vb. dâhil olmak üzere çeşitli bakteriler PE’yi parçalayabilmektedirler. Bazı mantar türlerinin de bir spergillus, Cladosporium, Penicillium ve diğerleri gibi PE’yi bozduğu varsayılmaktadır. Yukarıda belirtilen bakteri ve mantarların PE plastiklerin ayrıştırılması için kullanımı hala araştırma aşamasındadır, etkinliği ve gelecekteki potansiyeli hakkında somut kanıtlar beklenmektedir.

Sonuç olarak plastik parçalayıcı bakteriler, potansiyel olarak karanlık ve plastik dolu bir gelecekte kesinlikle bir umut ışığıdır, ancak hala dikkate alınması gereken çok fazla faktör bulunmaktadır. Sorun plastiğin yüksek moleküler ağırlıklı yapısındadır ve ilk dökümü geçilmesi gereken engeldir. Plastiği hızlı bir şekilde parçalayabilen birçok enzim olabilmektedir, ancak bunları geliştirme ve tanımlama teknolojisi hala yeni aşamalardadır. Böyle umut verici bir kaynak metagenom veri setlerinin kullanılmasıdır. Metagenomik, doğrudan bir kaynaktan elde edilen genetik materyalin incelenmesidir. Yapılan bilimsel araştırmaların çoğu saf mikrobiyal kültürlerin incelenmesini içermektedir. Bazen, bu izole edilmiş mikropların doğal ortamlarındaki diğer mikroplarla nasıl reaksiyona girdiklerinin anlaşılmasını azaltmaktadır.
Metagenomik bu boşluğu doldurmaktadır ve ev sahalarında mikropları incelemek için bir araç sağlamaktadır. Bu yöntem, benzer bir ortamda yaşayan yeni mikrop türlerini ortaya çıkarma potansiyeline sahip olabilmektedir. Ideonella sakaiensis’e çıkarma potansiyeline sahiptir. Bu plastik sorusuna kolay ve açık bir çözüm gibi görünse de, yapılması gereken çok fazla araştırma bulunmaktadır. Birey olarak yapabileceğimiz tek şey plastik kullanımını azaltmak için bilinçli bir çaba sarf etmektir. Bu küçük adım, önemsiz görünse de, bizim ve dünyada ki gelecek nesiller için büyük bir fayda olabilmektedir!