Ana sayfa Bilim Gündemi Evrimin insanlığa kıyağı: Plastik yiyen Ideonella sakaiensis

Evrimin insanlığa kıyağı: Plastik yiyen Ideonella sakaiensis

3834
PAYLAŞ
Resimde MHETaz’ın PET’e bağlanma şekli, sembolik polimer iplikçiklerle canlandırılmış. Kaynak: Martin Künsting/HZB.

Nıvart Taşçı

Plastiklerden ne vazgeçebiliyoruz ne kurtulabiliyoruz. Bir yandan her işimizi görüyorlar, diğer yandan yeraltı sularından okyanuslara, soluduğumuz havadan besin zincirinin en kıyıda kalmış halkasına, boğazımıza kadar plastiğe batmış durumdayız. Zira her yıl yaklaşık 50 milyon ton miktarında üretilen PET polimerinin ancak çok küçük bir kısmı geri dönüşüme uğruyor; o da pahalı ve aşırı enerji harcayan mekanizmalarla. Ayrıca üretim sürecine ham petrol eklenmesini gerektiren geri dönüşüm işleminin ortaya çıkardığı ürün, nitelik bakımından ilk ürünün seviyesini yakalayamıyor. Hal böyleyken bu işe sürdülebilir, makul bir çare arayışındaki biliminsanlarının yardımına yine malum kurtarıcımız yetişti: Bakteriler.
İlk defa 2016’da, Japonya’dan bir araştırma ekibinin laboratuvar tezgâhına düşen bu seferki bakterinin bizim açımızdan çok işe yarar tuhaf alışkanlıkları var. Kendisi PET üzerinde büyüyor ve büyük ölçüde bununla besleniyor. Sözün kısası plastik yiyor diyelim… Peki bunu nasıl yapıyor? Doğanın hikmeti işte! Ideonella sakaiensis isimli bakteri PET polimerini sindirebilen iki özel enzim içeriyor: PETaz ve MHETaz, yani polietilen tereftalataz ile mono-2-hidroksietil tereftalataz. PETaz’ın işi plastiği küçük PET yapılı yapıtaşlarına ayırmak, en başta da MHET’e. Akabinde devreye giren MHETaz’ın görevi ise MHET’i, plastiğin ana maddesi olan PET’in iki temel yapıtaşına, yani tereftalik asit ve etilen glikole ayrıştırmak. Bakteriyel sindirim sürecinin bu seviyeye kadar inmesi, bizim açımızdan harika bir sonuç doğurmaya aday. Çünkü PET’in yeniden sentezlenmesi açısından hayati öneme sahip bu iki bileşenin söz konusu yolla firesiz elde edilmesi, geri dönüşüm mekanizmasından ham petrol eklenmesi basamağının otomatik olarak çıkmasını sağlıyor. Böylece hiçbir kayıp göstermeyen ya da ilave bileşen gerektirmeyen, döngüsünü kendi içinde tamamlayan, dolayısıyla sürdürülebilirliği yüksek plastik üretimi ve geri dönüşümü, çok yakında mümkün olacak gibi gözüküyor.
‘Ben bu haberi bir yerlerden hatırlıyorum’ diyenler olabilir. Haksız değiller. Zira bu iki basamaklık mekanizmanın ilk ayağı olan PETaz’ın yapısı yaklaşık bir sene önce, 2018 Nisan’ında çözülmüş ve ‘Plastik yiyen bakteri’ başlığıyla haberlere konu olmuştu. Nature Communications’ın 12 Nisan 2019 sayısında yer bulan, konuyla ilgili son makale ise bu sefer MHETaz’ın yapısının inceliklerini anlatıyor. Yani bahsi geçen başlıkları atmak için o zaman biraz erkendi, şimdiyse tam zamanı! Üstelik MHETaz enziminin PET’in parçalanmasındaki payı PETaz’dan bile daha kritik; zira her bir MHETaz molekülü 600 aminoasitten, yani yaklaşık 4000 atomdan oluşan çok daha büyük ve karmaşık bir yapıda; bu da PETaz’ın iki katı büyüklüğündeki yüzeyiyle MHETaz’ı PET’in parçalanması sürecindeki asıl kahraman yapıyor. Plastiğin parçalanmasını bu sayede optimize edecek olan bu gelişmeyi her ikisi de Berlin’de bulunan Helmholtz Malzeme ve Enerji Merkezi ile Freie Üniversitesi araştırmacılarının çabalarına borçluyuz.
Bu arada şu haklı soruyu sorabilirsiniz: Madem bu iki enzimi taşıyan bir bakteri doğada zaten mevcut, o halde neden hâlâ plastiğin yok olmaması gibi sorunumuz var? Bir defa takdir edersiniz ki plastiklerin bu ölçekte hayatımıza girmesinin ancak yirmi-otuz yıllık bir geçmişi var. Dolayısıyla PET üzerinde büyümek ve ondan beslenmek bu bakterinin, plastiğin yaygınlaşmasıyla birlikte geliştirdiği yeni bir adaptasyon, bir evrim. Ancak, hızla üremesi sayesinde adaptasyonunu mükemmelleştirmek için bolca zamanı da olsa Ideonella sakaiensis’in PETaz ve MHETaz enzimleri henüz kusursuz etkinliğe ulaşmış değil. Ne de olsa evrim deneme yanılma ile ilerleyen, vakit alan bir mekanizma. Fakat evrimin ya da doğanın elinden hiçbir şey kaçmadığı gibi, insanın, ya da bilimle uğraşanların diyelim, elinden de hiçbir şey kurtulmuyor. Araştırmacıların özellikle son bir yıldır MHETaz üzerinde yürüttükleri incelemeler, enzimin MHET’e nereden bağlandığını ve hangi şartlar altında kesim işleminin gerçekleştiğini gösterdi. Görünen o ki MHETaz’ı bütün potansiyelini kullanması için ilave enzimlerle yüreklendirecek stratejiler geliştirmek gerekiyor. Dahası orta vadede doğal MHETaz’ın, faaliyet düzeyi çok daha yüksek, hatta mesela BHET gibi PET parçalanmasının başka ara ürünleri üzerinde de etkili olabilecek varyantlarını üretmek mümkün olabilir.
Sonuçta doğa her durum ve koşul için hayal gücümüzün çok ötesinde, sayısız senaryo sunuyor. Neyse ki dünyada sadece tüketenler değil, bütün duyularını bu senaryoların inceliklerini ve derinliğini anlamaya vakfetmiş olanlar da var. Yoksa ancak %1’inden haberdar olduğumuz 1 trilyon bakteri türü arasında Ideonella sakaiensis’i fark etmek yerine kendi çöpümüzde boğulacaktık.

Kaynak
1) “Molecular scissors for plastic waste”, Helmholtz-Zentrum Berlin News, 12 Nisan 2019.
2) Gottfried J. Palm ve ark., “Structure of the plastic-degrading Ideonella sakaiensis MHETase bound to a substrate”, Nature Communications 10, 12 Nisan 2019.