Grupa japanskih znanstvenika 2001. je posjetila smetlište i otkrila organizam koji može promijeniti svijet. U smećem zasićenom tlu pronašli su sluzavi sloj koji je prekrivao komadiće plastike, a nakon analize u laboratoriju otkrili su da je riječ o bakteriji koja je otkrila način na koji se hraniti plastikom. Ovaj snalažljivi mikroorganizam je pomoću specijalnih enzima uspio izvlačiti ugljik iz plastike te ga koristiti kao hranu, rastavivši plastiku tijekom tog procesa.

Tim predvođen Koheijem Odom prvotno je bakteriju, kojoj je nadjenuo ime Ideonella sakaiensis (po gradu otkrića, Sakaiju), planirao primijeniti za omekšavanje materijala poput poliestera (koji se izrađuje od istog materijala kao boce za piće). Međutim uskoro je otkriveno da novootkrivena bakterija ima puno veći raspon primjene. Prema mikrobiologu Odi, 'jako je bitno promatrati mikrosvijet zato što bakterije imaju neke jako dobre ideje'.

Njegov rad je 2001. ostao neobjavljen, uglavnom zbog manjka interesa za mikroorganizme koji konzumiraju plastiku i, načelno, premalo obzira za sve izvjesnije ekološke teme koje će se, na veliku žalost cijelog čovječanstva, u idućih dvadeset godina pokazati prilično relevantnima.

Spas u eri mikroplastike

Recikliranje i rastavljanje plastike i danas je prilično neadekvatno, naglašava Guardian. Njeno recikliranje uključuje mrvljenje i pretvaranje u nižu 'kakvoću'. Dok se staklo i aluminij mogu beskonačno reciklirati, kakvoća glatke plastike boca za vodu degradira se svakom obradom. Tako ćemo od plastike boca dobiti plastiku za torbice, koja će postati izolacijom za jakne, a ona će postati materijalom za ispunjavanje pukotina na cesti - koji se više ne može reciklirati.

Ovaj 'put prema dolje' je, ukratko, trenutno najbolji mogući scenarij. U stvarnosti samo devet posto plastike završi u reciklaži, a ostatak se spaljuje. Problem sa spaljivanjem je to što se pritom u atmosferu ispušta velika količina ugljika, uz sve otrovne kemikalije s kojima je plastika pomiješana.

Rad Ode o bakterijama koje jedu plastiku 2016. je konačno objavljen u časopisu Science te je odmah privukao pažnju znanstvene zajednice. Bakterija koju je prije 15 godina otkrio na smetlištu u Sakaiju postala je zvijezdom mnogih drugih znanstvenih radova. Uz osjetno veću osviještenost o zagađivanju okoliša, priča o mikroorganizmu koji probavlja plastiku te potiče snove o potencijalnom ekološkom spasu postala je zvijezda vodilja za svijet zatečen sve većim ekološkim pesimizmom. Problem je, doduše, to što enzim koji koristi Ideonella sakaiensis ne rastavlja plastiku 'dovoljno brzo', što znači da ga znanstvenici moraju učiniti učinkovitijom. Na sreću, bakterije su vrlo sklone mutacijama te se vrlo lako adaptiraju novim uvjetima, što znači da se uz dovoljno eksperimenata može doći do organizma, odnosno enzima koji će se početi koristiti na industrijskoj razini.

Biolozi diljem svijeta se, doduše, pitaju je li dosadašnje istraživanje usmjereno na pogrešnu bakteriju. Na koncu, većina bakterija na Zemlji još nije otkrivena, a istraživanje 'čuda iz Sakaija' u svrhu industrijske primjene slično je pripremi Toyote Yaris za utrkivanje u Formuli 1. Negdje se možda nalazi bakterija koja njezin posao obavlja puno učinkovitije, samo što je do danas još nismo otkrili. Premda hipotetska ideja ima znanstvenu osnovu, bakterija koja je učinkovitija od Ideonelle sakaiensis još nije pronađena.

Put prema savršenom enzimu

Srećom, u posljednja četiri desetljeća znanstvenici su postali nevjerojatno vješti u inženjeringu i manipuliranju enzimima. Kada je riječ o razgradnji plastike, 'enzim Ideonelle zapravo je vrlo rano u svom evolucijskom razvoju', kaže Andy Pickford, profesor molekularne biofizike na Sveučilištu u Portsmouthu.

Kada bilo koji živi organizam želi razgraditi veći spoj – bilo da je riječ o nizu DNK, složenom šećeru ili plastici – okreće se enzimima, sićušnim molekularnim strojevima unutar stanice, specijaliziranim za taj zadatak. Enzimi djeluju tako da pomažu odvijanje kemijskih reakcija na mikroskopskoj razini, ponekad prisiljavajući reaktivne atome bliže jedan drugome kako bi ih vezali ili uvijajući složene molekule na određenim točkama kako bi bile slabije i raspale se.

Ako želite poboljšati učinak prirodnih enzima, postoje pristupi koji djeluju u gotovo svakom slučaju. Kemijske reakcije obično bolje funkcioniraju na višim temperaturama (zbog toga je, ako želite ispeći kolač, bolje namjestiti pećnicu na 180 umjesto na 50 Celzijevih stupnjeva), no većina enzima je najstabilnija na temperaturi okoline organizma u kojem djeluju – 37 stupnjeva u slučaju ljudi. Prepisivanjem DNK koja kodira enzim, znanstvenici mogu prilagoditi njegovu strukturu i funkciju, čineći ga stabilnijim na višim temperaturama, recimo, što mu pomaže da brže radi.

Početak praktične primjene

Praktična primjena mikroba u reciklaži od 2021. donosi rezultate. Znanstvenici i poduzetnici iz francuske kompanije Carbios provode operaciju koja koristi bakterijski enzim za preradu oko 250 kilograma PET plastičnog otpada svaki dan, razlažući ga na molekule prekursore koji se zatim mogu izravno pretvoriti u novu plastiku.

Carbios je, piše izvor, postigao sveti gral recikliranja plastike, približavajući je materijalu koji se može beskonačno preoblikovati - poput stakla ili aluminija. Obavlja se to u industrijskom pogonu u Clermont-Ferrandu, na istom terenu na kojem je nastala prva Michelinova tvornica guma.

Prljava plastika iz skladišta za reciklažu stoji u balama te se sprema za transformaciju. Plastika se najprije usitnjava, a zatim prolazi kroz stroj koji nalikuje golemoj preši. Potom se zamrzava i gura kroz maleni otvor pod velikim pritiskom - plastika iskače kao kuglice veličine zrna kukuruza. Na mikroskopskoj razini plastična izbočina mnogo je manje gustoće od onoga što kemičari nazivaju njezinom izvornom 'kristalnom' formom.

Vlakna koja čine plastiku izvorno su upakirana u čvrstu rešetku koja ih čini glatkima i jakima; sada, dok su još uvijek netaknuta, ona su udaljenija i opuštenija, što enzimima daje veće područje za napad. U divljini bi bakterije proizvele ograničenu količinu enzima za ciljanje plastike, kao i mnoge druge enzime i otpadne proizvode. Kako bi ubrzao proces, Carbios plaća biotehnološkoj tvrtki da sakupi i koncentrira ogromne količine čistog bakterijskog enzima za razgradnju plastike.

Znanstvenici iz Carbiosa potom stavljaju plastične grudice u otopinu vode i enzima unutar zatvorenog čeličnog spremnika visokog nekoliko metara. U susjednom laboratoriju, u kojem se testira proces, možete promatrati reakciju koja se odvija u manjim posudama. Unutra se prljavobijeli plastični dijelovi kovitlaju poput pahuljica u snježnoj kugli. Kako vrijeme prolazi, plastika erodira i njezine se komponente otapaju, ostavljajući samo sivkastu tekućinu.

Tekućina sada ne sadrži čvrsti PET, već dvije tekuće kemikalije, etilen-glikol i tereftalnu kiselinu, koje se mogu odvojiti i pretvoriti u novu plastiku.

Ozbiljne prepreke i nada za budućnost

Ovaj proces nije bez mana. Neki znanstvenici misle da će tehnologija ostati ograničena, a nedavna kritika objavljena u časopisu Nature primijetila je da se mnoge vrste plastike vjerojatno nikad neće učinkovito enzimski razgraditi zbog relativno velike količine energije potrebne za kidanje njihovih kemijskih veza.

Pickford je upoznat s tim ograničenjima, ali smatra da još uvijek postoje mnoge dobre mjere. 'Najlon je čvrst, ali izvediv', kaže on. 'Poliuretani su također izvedivi', dodaje. Znanstvenici iz Carbiosa tvrde i predviđaju da ćemo za nekoliko godina imati proces recikliranja najlona. Ako se ta predviđanja ostvare, oko četvrtina sve plastike mogla bi se reciklirati.

Problem je što, na kraju dana, sve to košta. Trenutno ne postoji nikakav gospodarski poticaj za razvijanje složenih procesa recikliranja plastike biološkim putem. Jedino rješenje, kao i uvijek, ostat će potpora javnosti.

Pitanje može li se isto postići s plastikom u okolišu izazvalo je daleko manje interesa – i dobilo financiranja – nego mogućnost učinkovitijeg recikliranja.

'Ne postoji baš nikakav tržišni poticaj za čišćenje našeg otpada, bilo da se radi o CO2 ili plastici', kaže Victor di Lorenzo, znanstvenik u Španjolskom nacionalnom biotehnološkom centru u Madridu i zagovornik velike primjene mikroba u rješavanju problema čovječanstva. 'Postoji povrat ulaganja u recikliranje plastike. Ostaje, doduše, pitanje tko će platiti te veće projekte koji bi pomogli širem društvu. To je nešto što bi se popravilo samo javnom podrškom.'

Osim tržišnih problema, postoje i oni pravni. Nakon što je mikrobna vrsta genetski modificirana, gotovo svaka država ograničava njezino puštanje natrag u divljinu bez posebnog dopuštenja. Razlozi za to su očiti. U znanstvenofantastičnom romanu iz 1971. 'Mutant 59: The Plastic Eater', virus sa sposobnošću trenutnog topljenja plastike širi se svijetom, obarajući zrakoplove iz zraka i rušeći kuće. Malo je vjerojatno da bi bilo koja bakterija koja jede plastiku postala tako učinkovita, ali mutirani mikrobi mogu imati potencijalno razorne posljedice.

Di Lorenzo je uvjeren da je opasnost od ovakvog rada minimalna. 'Nakon pojave prvih GMO-a ljudi su se okrenuli protiv njih. Znanstvenici su bili arogantni. Činilo se kao da se radi o dominaciji nad prirodom i stvaranju profita. Međutim sada imamo priliku ponoviti taj razgovor. Mogli bismo ući u novo partnerstvo između znanosti i svijeta prirode. Ako to iskreno prezentiramo ljudima, oni mogu odlučiti je li sve ovo vrijedno rizika', ustvrdio je.