Enzyme mới mang tên FAST-PETase có khả năng giảm đáng kể thời gian phân hủy của nhựa.

Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, các nhà khoa học tại Đại học Texas ở Austin (Mỹ) đã phát triển loại enzyme mới mang tên FAST-PETase có khả năng giảm đáng kể thời gian phân hủy của nhựa.

Phương pháp dùng các enzyme để phân hủy rác thải nhựa đang gặt hái nhiều đột phá cho thấy chúng có hiệu suất ngày càng cao, thậm chí có thể biến vật liệu thành những phân tử đơn giản. Nghiên cứu xuất bản trên tạp chí Nature hôm 27/4 đánh dấu bước tiến nữa khi nhóm chuyên gia tại Đại học Texas (Mỹ) sử dụng công nghệ học máy để tạo ra loại enzyme với khả năng phân hủy một số dạng nhựa chỉ trong 24 giờ và có độ ổn định cao, phù hợp để áp dụng trên quy mô lớn.

Giới khoa học đã khám phá tiềm năng của các enzyme trong việc hỗ trợ tái chế nhựa suốt hơn một thập kỷ và một số tiến bộ đáng kể diễn ra khoảng 6 năm trở lại đây. Năm 2016, các nhà nghiên cứu Nhật Bản phát hiện loại vi khuẩn sử dụng enzyme để phân hủy nhựa PET trong vài tuần. PETase, phiên bản chỉnh sửa của các enzyme này, giúp nâng cao thêm hiệu suất. Năm 2020, các nhà khoa học phát triển một phiên bản còn mạnh hơn với khả năng tiêu hóa nhựa PET với tốc độ gấp 6 lần.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Texas muốn khắc phục một số hạn chế của enzyme. Họ cho biết, việc ứng dụng phương pháp này bị cản trở do không hoạt động tốt ở nhiệt độ thấp và các mức pH khác nhau, thiếu hiệu quả trong việc giải quyết trực tiếp rác thải nhựa chưa qua xử lý, tốc độ phản ứng chậm.

Nhóm chuyên gia phát triển mô hình học máy có thể dự đoán đột biến nào trong enzyme PETase sẽ mang lại cho nó những khả năng vượt trội. Họ nghiên cứu kỹ nhiều sản phẩm nhựa PET, bao gồm hộp đựng, chai nước và vải, sau đó sử dụng mô hình để thiết kế và chế tạo loại enzyme cải tiến mới mang tên FAST-PETase.

Loại enzyme mới tỏ ra vượt trội trong việc phân hủy nhựa PET ở nhiệt độ từ 30-50 độ C và ở nhiều mức pH. Nó có thể phân hủy gần như hoàn toàn 51 sản phẩm PET khác nhau chưa qua xử lý trong thời gian một tuần. Trong một số thí nghiệm, nó thậm chí chỉ cần 24 giờ để phân hủy nhựa. Nhóm nhà khoa học cũng kiểm chứng một quy trình tái chế PET khép kín, trong đó FAST-PETase phân hủy nhựa, sau đó cho phép thu hồi các monomer để tái tạo vật liệu về mặt hóa học.

"Khi cân nhắc những giải pháp làm sạch môi trường, bạn cần loại enzyme có thể hoạt động ở nhiệt độ môi trường thông thường. Đây là điều khiến công nghệ của chúng tôi có ưu điểm lớn trong tương lai", tác giả nghiên cứu Hal Alper cho biết.

Công nghệ mới có khả năng nhanh chóng phân hủy rác thải nhựa ở nhiệt độ thấp. Do đó, nhóm nghiên cứu tin rằng họ đã tìm ra một giải pháp di động, giá cả phải chăng và có thể áp dụng trên quy mô công nghiệp. Họ đã nộp bằng sáng chế cho công nghệ mới và hy vọng nó sẽ được sử dụng tại các bãi rác và khu vực ô nhiễm.

Nhóm nghiên cứu tạo ra enzyme FAST-PETase từ loại enzyme tự nhiên gọi là PETase. Họ đã sử dụng mô hình học máy (machine learning) để xác định năm đột biến của enzyme PETase cho phép nó phân hủy nhựa nhanh hơn trong các điều kiện môi trường khác nhau. Enzyme FAST-PETase hoạt động hiệu quả nhất trong khoảng nhiệt độ từ 30–50°C và ở nhiều mức pH. Nó tương đối rẻ và phù hợp để áp dụng trên quy mô lớn.

Bảo Lâm