החיידקים שמפרקים פלסטיק

מאז פיתוח הפלסטיק הסינתטי הראשון, בקליט, בשנת 1907, החומר הקל, הזול, והעמיד הזה הפך לכלי יסוד בחיינו. הוא משמש כמעט בכל תחום: מאריזות מזון ובקבוקי שתיה, דרך ביגוד, ציוד מחקרי ורפואי ועד אלקטרוניקה. אותה עמידות שהפכה את הפלסטיק למהפכני, היא גם זו שהפכה אותו לאחד המזהמים העיקשים ביותר על פני כדור הארץ ולאחת הסכנות הסביבתיות הגדולות ביותר.

בשנות ה-50 יוצרו בעולם כשני מיליון טונות פלסטיק בשנה. מאז, הייצור הלך וגבר. לפי נתוני ה-OECD, בשנת 2020 הגיע היקף ייצור ושימוש הפלסטיק העולמי ליותר מ-400 מיליון טונות, בשנה. רק כתשעה אחוז מהפלסטיק ממוחזר, בעוד שרוב החומר נערם במטמנות, נשרף או מגיע לסביבה, כולל בימים ובאוקיינוסים. באוקיינוסים, הפסולת נסחפת בזרמים ומצטברת באזורים כמו “ אי הפלסטיק הגדול” שבצפון האוקיינוס השקט, אזור ששטחו גדול פי שלושה מצרפת. הפלסטיק שנשבר בים מתפורר לאט למיקרו-פלסטיק, נבלע על ידי דגים ובעלי חיים ימיים אחרים, מתפשט במארג המזון ובסופו של דבר מגיע גם אלינו.

מול ממדי הזיהום, לא מפתיע שמחקרים רבים מנסים להבין כיצד אפשר להתמודד עם כמויות פסולת הפלסטיק שמגיעות לסביבה. אחת הגישות לכך מתבססת על השאלה: האם יש יצורים חיים שמסוגלים להתמודד עם הפלסטיק ולפרק אותו באופן טבעי?

יצורים שמפרקים פלסטיק

אחד מסוגי הפלסטיק נפוצים ביותר הוא הפוליאתילן טרפתלט (PET) שמשמש בשני תחומים עיקריים: בתעשיית הפלסטיק לייצור בקבוקים, ובייצור סיבים סינתטיים עבור תעשיית הטקסטיל. PET מורכב משרשראות ארוכות של מולקולות מבוססות פחמן עם קשרים חזקים ביניהן, לכן הוא חזק ועמיד מאוד לפירוק.

בשנת 2016 חוקרים מיפן אספו דגימות מאתר מיחזור בקבוקי פלסטיק. הם הצליחו לבודד חיידק בשם Ideonella sakaiensis שכאשר גידלו אותו על מצע של פלסטיק מסוג PET גילו שהוא מסוגל לפרק אותו בהדרגה לתוצרים קטנים יותר. החיידק “אכל” את הפלסטיק באמצעות שני אנזימים: PETase ו-MHETase. אנזימים הם מולקולות חלבון שמזרזות תגובת כימיות, ובמקרה של שני האנזימים האלה פירוק של פלסטיק. האנזים- PETase מפרק את שרשראות הפלסטיק הארוכות למקטעים קצרים יותר, והאנזים MHETase ממשיך לפרק אותם לאבני הבניין של הפלסטיק – מולקולות שאפשר למחזר ולשוב להשתמש בהן. תגלית זו הייתה הראשונה שהראתה שחיידקים בטבע כבר החלו להסתגל לחומר חדש שהופיע רק לפני כמה עשרות שנים.

כעת, מחקר חדש בחן אם תהליך דומה מתרחש גם באוקיינוסים, שבהם מצטברת חלק גדול מפסולת הפלסטיק העולמית. החוקרים מאוניברסיטת המלך עבדאללה בסעודיה השתמשו במאגרי מידע גנטיים גדולים שמבוססים על דגימות מים ומשקעים ימיים שנאספו בעבר ברחבי העולם. בכל דגימה כזו מרוצף החומר הגנטי של המיקרואורגניזמים החיים בה, וכך התקבלו גנומים של מאות אלפי יצורים חד־תאיים. בתוך מאגרים אלה הם חיפשו רצפים הדומים לאנזימים הידועים שיכולים לפרק PET, אך גם כאלה שמכילים מבנה מדויק המאפשר פירוק אמיתי של הפלסטיק. בשלב הראשון זוהו אלפי רצפים גנטיים שעשויים להתאים. לאחר סינון קפדני נותרו רק רצפים שהכילו את כל המאפיינים הדרושים לפעילות פירוק. רצפים אלה הופיעו בעיקר בדגימות מרחבי האוקיינוסים, ובשכיחות גבוהה יותר באזורים חופיים ואזורים המושפעים מפעילות אנושית.

כדי לבדוק אם האנזימים שזוהו אכן מסוגלים לפרק פלסטיק, החוקרים עברו משלב החיפוש לשלב הניסוי. הם השתמשו בגנים שנמצאו כדי לייצר במעבדה את האנזימים עצמם, ובדקו אם הם מסוגלים לפרק פלסטיק גם מחוץ לגוף של יצור חי. את האנזימים הניחו על גרגירי PET, חומר הגלם של בקבוקי השתייה, ועל אבק פלסטיק – חלקיקים זעירים שמדמים פלסטיק שכבר התפורר בסביבה. אלה שתי צורות של אותו חומר, אם כי הצורה הגרוסה לאבק מאפשרת לראות פעילות אנזימים מהירה יותר הודות ליחס גדול יותר בין שטח פנים של חלקיקי הפלסטיק לנפח שלהם. פירוק החומר היה חלקי ואיטי ונמדד בשיטות מדידה כימיות ובצילומי מיקרוסקופ שבהם נראו חריצים ושקעים על פני הפלסטיק שלא היו בחומר המקורי, דבר המעיד על פירוק החומר.

לעזור לטבע להסתגל

היכולת הביולוגית לפרק פלסטיק אינה תגלית חדשה. בשני העשורים האחרונים תועדו חיידקים ופטריות שמסוגלים לפרק פלסטיק. גם מחוץ לעולם המיקרוביאלי דווח על בעלי חיים שמפרקים פלסטיק. מחקר שזכה לתשומת לב רבה הראה כי זחלי עש הדונג, שמזונם הטבעי הוא דונג הדבורים, מסוגלים לכרסם פלסטיק, אך עדיין לא ברור אם הפירוק מתבצע על ידי הזחלים עצמם או חיידקים במערכת העיכול שלהם.

המחקר החדש מחזק את המשמעות הברורה: הטבע מגיב ללחץ הסביבתי. אי אפשר עדיין לקבוע אם מדובר בהסתגלות אבולוציונית חדשה. יתכן שהאנזימים שזוהו במחקר הם גרסאות של אנזימים קיימים, שמפרקים תרכובות טבעיות דומות לפלסטיק, וכעת מתברר שהם מסוגלים לפעול גם על חומר מלאכותי כמו PET.   הממצאים מדגישים את היכולת של מערכות ביולוגיות לפעול גם על חומרים מלאכותיים וסינתטיים, אך חשוב להבין את גבולות התהליך. קצב הפירוק שנראה במחקר איטי מאוד ואינו מתקרב להיקפי ייצור הפלסטיק. ההבנה של המנגנונים הללו עשויה לתרום בעתיד לפיתוח שיטות חדשות לפירוק פלסטיק. אך בשלב זה ברור שמדובר באתגר גדול, וקשה לדעת אם וכיצד אפשר יהיה להתמודד איתו בקנה מידה עולמי.

כושר ההסתגלות של יצורים ביולוגיים לשינויים יכול לשחק לטובתנו, ולסייע לטבע להתמודד עם הררי הפלסטיק שאנו ממשיכים להשליך אליו. אבל הפתרון המלא נמצא בידיים שלנו. הפחתת שימוש בפלסטיק, מעבר לחלופות מתכלות, שיפור מערכי המיחזור וניהול פסולת יעיל ואחראי הם הצעדים שיוכלו למנוע מהאוקיינוסים להפוך לאזורי פסולת מתרחבים.