Các nhà khoa học cho rằng rác thải nhựa là một trong những vấn đề kinh tế và sinh thái quan trọng nhất của thời đại chúng ta.

Trên tạp chí Angewandte Chemie, một nhóm nghiên cứu hiện đã giới thiệu một phương pháp hóa học-sinh học để tái chế chất thải polyetylen: Quá trình phân tách xúc tác được sử dụng để tạo ra các axit cacboxylic sau đó được chuyển đổi thành các sản phẩm tự nhiên hữu ích về mặt dược lý bằng nấm biến đổi gen.

Aspergillus nidulans, ở đây đang phát triển trong đĩa Petri, có thể nắm giữ chìa khóa cho các loại thuốc mới. Ảnh: Wikimedia Commons

Nhựa là một phần không thể tránh khỏi trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Các ước tính dự đoán sản lượng trên toàn thế giới sẽ tăng lên 1,1 tỷ tấn hàng năm vào năm 2040. Theo đó, lượng chất thải ngày càng tăng và kết thúc tại các bãi chôn lấp hoặc đại dương. Chất thải này đang ngày càng đe dọa đến nguồn cung cấp thực phẩm và hệ sinh thái. Polyetylen, hoặc PE, đặc biệt có vấn đề. Mặc dù chúng là loại nhựa phổ biến nhất, nhưng vẫn có các quy trình tái chế hạn chế.

Các đặc tính tương tự làm cho PE cứng cáp và hữu ích đã cản trở sự xuống cấp và tái chế của chúng. Một vấn đề là xương sống hydrocacbon của chúng không có “điểm dừng” tốt để phân tách polyme thành các mảnh có chiều dài xác định. Điều này dẫn đến sự pha trộn rộng rãi các sản phẩm có giá trị thấp.

Đĩa petri huỳnh quang. Ảnh: Maximilian Paradiz qua Flickr , CC BY 2.0

Giờ đây, một nhóm được hỗ trợ một phần bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ và đứng đầu là Travis Williams và Clay Wang tại Đại học Nam California và Berl Oakley tại Đại học Kansas đã giới thiệu một phương pháp sinh học-hóa học kết hợp để tái chế chất thải PE thành các vật liệu có giá trị và các hợp chất phức tạp có lợi ích dược lý.

Ở bước đầu tiên, nhóm nghiên cứu chuyển đổi xúc tác PE dưới O2 để tạo ra các axit cacboxylic khác nhau, chuỗi hydrocacbon có hai nhóm axit. Trong bước thứ hai, chúng được “cho ăn” bởi nấm để tạo ra các sản phẩm tự nhiên hữu ích từ chúng. Nhóm đã chứng minh điều này bằng cách sử dụng chất thải PE thực tế từ hải lưu Bắc Thái Bình Dương.

Sau khi PE được tách ra, bất kỳ dicacboxylic chuỗi ngắn nào cũng phải được tách ra khỏi hỗn hợp, vì chúng độc hại đối với nấm. Ví dụ, chúng có thể được sử dụng làm nguyên liệu để tổng hợp nhựa phân hủy sinh học cho nông nghiệp. Các diaxit chuỗi dài hơn với hơn mười nguyên tử carbon có thể được sử dụng để nuôi cấy nấm Aspergillus nidulans. Nấm phát triển nhanh, nuôi cấy không tốn kém và đã được sử dụng rộng rãi để sản xuất thuốc, bao gồm cả thuốc kháng sinh như penicillin.

Nhóm đã phát triển một chiến lược mạnh mẽ để biến đổi gen các con đường trao đổi chất của  A. nidulans  để loại nấm này tổng hợp các sản phẩm mong muốn với năng suất cao. Ví dụ như các chất, họ đã sản xuất ra các sản phẩm tự nhiên asperbenzaldehyde, citreoviridin và mutilin, là nguyên liệu ban đầu để tìm kiếm các loại thuốc điều trị các bệnh như Alzheimer và ung thư, hoặc các tác nhân chống lại vi khuẩn kháng kháng sinh. Các nhà khoa học cho biết với chiến lược này, các hoạt chất sinh học bổ sung có thể được tạo ra từ chất thải PE.

Vấn đề rác thải nhựa cần các giải pháp sáng tạo. Các nhà nghiên cứu hóa học đang khám phá những cách mới để biến rác thải nhựa thành những sản phẩm hữu ích.