การปรับแต่งของนักวิทยาศาสตร์ทำให้เกิดการสลายตัวของพลาสติกที่พบในขวดโพลีเอสเตอร์และพลาสติกมากขึ้น
การปรับแต่งเพียงเล็กน้อยของเอนไซม์จากแบคทีเรียทำให้เป็นเครื่องจักรทำลายพลาสติกแบบไร้ไขมัน
พลาสติกประเภทหนึ่ง โพลีเอทิลีนเทเรพทาเลตเว็บสล็อตหรือ PET ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเสื้อผ้าโพลีเอสเตอร์และขวดแบบใช้แล้วทิ้ง และมักติดอยู่ในหลุมฝังกลบ ในปี 2559 นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นได้ระบุแบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่Ideonella sakaiensisซึ่งมีเอนไซม์เฉพาะที่สามารถย่อยสลาย PETได้ ตามธรรมชาติ
ตอนนี้ ทีมนักวิจัยนานาชาติที่ศึกษาโครงสร้างของเอนไซม์ได้สร้างตัวแปรที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการกลืนพลาสติกทีมรายงานวันที่ 17 เมษายนในรายงานการประชุมของ National Academy of Sciences
นักวิทยาศาสตร์ใช้เทคนิคที่เรียกว่า X-ray crystallography เพื่อตรวจสอบโครงสร้างของเอนไซม์เพื่อหาเบาะแสความสามารถในการฆ่าพลาสติก จากนั้นพวกเขาดัดแปลงพันธุกรรมของเอ็นไซม์เพื่อสร้างการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในโครงสร้าง และทดสอบเวอร์ชันเหล่านั้นสำหรับประสิทธิภาพการย่อยสลายด้วย PET การเปลี่ยนแปลงบางอย่างทำให้เอ็นไซม์ทำงานได้ดียิ่งขึ้น ทั้งรุ่นดั้งเดิมและรุ่นกลายพันธุ์สามารถทำลายทั้ง PET และพลาสติกชีวภาพชนิดใหม่ที่เรียกว่า PEF ซึ่งย่อมาจาก polyethylene-2,5-furandicarboxylate ด้วยวิศวกรรมที่มากขึ้นอีกเล็กน้อย สักวันหนึ่งเอนไซม์เหล่านี้สามารถเลี้ยงในหลุมฝังกลบได้
“เมื่อเราสร้างระบบสังเคราะห์ เราคิดว่าเรารู้ว่าปฏิสัมพันธ์หลักคืออะไร เพราะเราสร้างมันขึ้นมา แต่สิ่งเหล่านี้กำลังเติบโต สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน และพวกมันกำลังตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมของพวกมัน” อาร์โนลด์กล่าว “พวกเขากำลังเติบโตและเพิ่มเป็นสองเท่าและทำในสิ่งที่พวกเขาต้องการทำในเวลาเดียวกันกับที่พวกเขาทำในสิ่งที่เราบังคับให้พวกเขาทำ”
สิ่งหนึ่งที่เชื้อจุลินทรีย์ไม่ต้องการทำคือยอมทำตามความประสงค์ของคนภายนอก อาณานิคมของE. coliตัวอย่างเช่น เมื่อเวลาผ่านไปสามารถ “กลายพันธุ์” การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่แนะนำโดยนักวิทยาศาสตร์ – ผู้ก่อวินาศกรรม น่าจะเป็นเพราะการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นสร้างภาระเมตาบอลิซึมเพิ่มเติม
“แบคทีเรียไม่ชอบทำในสิ่งที่คุณบอกให้ทำ” เบรนเนอร์กล่าว “มันทำให้พวกเขาช้าลงและขัดขวางวิถีชีวิตที่มีประสิทธิภาพของพวกเขา”
วิธีหนึ่งที่จะลดภาระเมตาบอลิซึมนี้ คือการหาวิธีแบ่งงานระหว่างสองสายพันธุ์ขึ้นไป เพื่อไม่ให้ไม่มีใครทำงานช้าลง Lingchong You วิศวกรชีวภาพของ DukeUniversity กล่าว โดยธรรมชาติแล้ว จุลินทรีย์ใช้กลยุทธ์นี้เพื่อให้เคลื่อนที่ด้วยความเร็ววิปริต แต่ยังไม่สามารถเลียนแบบในห้องทดลองได้ ในการทำเช่นนั้น นักวิทยาศาสตร์ต้องเข้าใจธรรมชาติของการพูดคุยและแบ่งปันที่เกิดขึ้นในประชากรตามธรรมชาติได้ดีขึ้น
ความขัดแย้งทางวัฒนธรรม
เนื่องจากการตรวจจับขององค์ประชุมทำให้จุลินทรีย์สามารถพูดคุยกันได้ จึงไม่น่าแปลกใจที่สิ่งมีชีวิตบางชนิดไม่สามารถเข้ากันได้ โดยธรรมชาติแล้ว สายพันธุ์ที่แย่งชิงสารอาหารหรือทรัพยากรอื่นๆ สามารถปรับเปลี่ยนตำแหน่งตัวเองให้ทำงานร่วมกับสัตว์ชนิดใกล้เคียงได้โดยไม่ต้องเข้าใกล้จนทำให้การแข่งขันกลายเป็นปัญหา แต่เมื่อผสมพันธุ์ต่างชนิดกันในห้องทดลอง พวกมันต้องดึงมันออกมา ในกรณีเช่นนี้ สปีชีส์หนึ่งมักจะเอาชนะอีกสปีชีส์หนึ่ง
เพื่อดูว่าประชากรจุลินทรีย์ที่มนุษย์สร้างขึ้นควบคุมกันและกันอย่างไร คุณและเพื่อนร่วมงานจาก Caltech และ StanfordUniversity ได้เขียนซอฟต์แวร์ของ E. coli ใหม่เพื่อสร้างระบบนักล่าและเหยื่อที่พึ่งพาอาศัยกัน ในกรณีนี้ ผู้ล่าแบคทีเรียจะไม่กินเหยื่อจริงๆ แบคทีเรียเหล่านี้ใช้การตรวจจับองค์ประชุมเพื่อควบคุมประชากรของกันและกัน ทำให้อัตราการฆ่าตัวตายของกันและกันสูงขึ้นหรือลดลง ทีมรายงานรายงานใน Molecular Systems Biology เมื่อวันที่ 15 เมษายน
แม้ว่าระบบของเขาจะไม่ใช่ตัวแทนที่แท้จริงของความสัมพันธ์ระหว่างนักล่าและเหยื่อ แต่คุณบอกว่าระบบนี้สามารถใช้เป็นเครื่องมือในการเรียนรู้ว่าการดัดแปลงพันธุกรรมส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของประชากรอย่างไร “ระบบนี้เหมือนกับโลกธรรมชาติมาก ซึ่งสายพันธุ์หนึ่งต้องทนทุกข์ทรมานจากการเติบโตของอีกสายพันธุ์หนึ่ง” คุณกล่าว
ข้อจำกัดด้านฝูงชนหรือพื้นที่อาจเป็นสาเหตุของความขัดแย้งได้เช่นกัน ชุมชนแบคทีเรียไม่ได้เป็นเพียงคราบเมือก แต่เป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนของคอลัมน์และช่องทางที่ออกแบบมาเพื่อสนับสนุนกิจกรรมของชุมชน ในไบโอฟิล์ม น้ำจะไหลผ่านช่องทางเพื่อส่งสารอาหารและกำจัดของเสีย ชุมชนอื่นๆ เช่น ที่พบในดินและตะกอนในทะเล มีการจัดระเบียบตัวเองโดยการกระจายพันธุ์ โครงสร้างดังกล่าวทำให้จุลินทรีย์ทำงานเป็นกลุ่มได้
James Boedicker แห่งมหาวิทยาลัยชิคาโกผู้ศึกษาโครงสร้างทางชีววิทยากล่าวว่าการหาวิธีควบคุมโครงสร้างเชิงพื้นที่ของอาณานิคมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเพาะเลี้ยงชุมชนจุลินทรีย์ในห้องปฏิบัติการ “สิ่งนี้ช่วยทั้งในแง่ของการรักษาเสถียรภาพของชุมชนและการอนุญาตให้จุลินทรีย์มีปฏิสัมพันธ์ที่คล้ายกับในสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติ”เว็บสล็อต
