מדענים מגרמניה הצליחו לגדל במעבדה חיידק המפרק מרכיב של פוליאוריתן, אחד מסוגי הפלסטיק הנפוצים והמזהמים ביותר

הרחק מאיתנו, באוקיינוס השקט, יש מקום שצפים בו מיליוני צעצועים, מוצרי חשמל ושלל חפצים שאנו בני האדם אוהבים. לצערנו לא מדובר בחנות, אלא באזור הנקרא שטח הפסולת של האוקיינוס השקט (The Great Pacific Garbage Patch), ונמצא בין הוואי לקליפורניה. שטח זה הוא בית קברות צף לחלקי פלסטיק למיניהם, ובו יותר מ-5 טריליון (5,000,000,000,000!) פיסות פלסטיק הצפות כרגע במימי האוקיינוס. חלקי הפלסטיק הללו מגיעים לים גם עם מי הנהרות הזורמים לאוקיינוסים מהיבשות, ומצטברים בים. ה"אי" באוקיינוס השקט הוא הגדול מבין חמישה מצבורי פלסטיק ענקיים באוקיינוסים,  ואפשר למצוא בו גם חלקי פלסטיק שיוצרו לפני יותר מ-40 שנה!

מדוע קשה למחזר פלסטיק?

פלסטיק הוא שם לקבוצה רחבה ומגוונת של חומרים. לכל סוג פלסטיק יש תכונות שמתאימות לשימושים שלו – קשיחות, גמישות, עמידות לחום ועוד. כל סוגי הפלסטיק מורכבים ממולקולות ענקיות בשם  פּוֹלִימֶרים: שרשראות של יחידות זהות (מוֹנוֹמֶרים), שקשורות ביניהן בקשרים חזקים מאוד. על פי נתוני ארגון הפלסטיק האירופי PlasticsEurope, בשנת 2017 יוצרו בעולם כ-348 מיליוני טונות של פלסטיק, מספר שעלה ב-2018 ל-359 מיליוני טונות. אפשר למחזר פלסטיק בעזרת חומרים כימיים מסוימים או באמצעים ביולוגיים, דוגמת פטריות וחיידקים. על פי רוב, תהליך המחזוּר של פלסטיק מורכב משני שלבים: פירוק הקשרים בין המונומרים ואחר כך פירוק הקשרים שבתוך המונומרים. 

אחד מסוגי הפלסטיק הנפוצים הוא פוליאוריתן (polyurethane). זהו פולימר הפלסטיק החמישי ברמת הביקוש לו באירופה, המשמש בעיקר בתעשיית הבידוד. אבני הבניין של הפוליאוריתן הן מגוונות, ומחוברות זו לזו בקשרים רבים מסוגים שונים, שתי עובדות שהופכות את מחזוּר הפוליאוריתן למורכב ביותר. 

שתיים מאבני הבניין השכיחות ביותר של הפוליאוריתן מכונות TDA ו-MDA, מולקולות שסוכנות הכימיקלים האירופית הגדירה אותן כחומרים מסוכנים ומסרטנים. אנו עדיין לא יכולים לפרק ולמחזר פוליאוריתן, בין השאר משום עד כה לא נמצאו חיידקים המסוגלים לפרק TDA. במאמר שפורסם במרץ 2020, דיווחו חוקרים מגרמניה בהובלת מריה-חוסה קרדנס אספינוסה (Cardenas Espinosa) כי  הצליחו לראשונה לפרק TDA באמצעות חיידקים. החוקרים אספו אדמה מאזור עשיר בפסולת פלסטיק שבירה וסיננו מתוכה חיידקים, מתוך מחשבה שייתכן שבאדמה זו חיים חיידקים שמפרקים את הפלסטיק. 

פסולת פלסטיק רבה על חוף בסינגפור | צילום: vaidehi shah, ויקיפדיה
מצאו באדמה חיידקים המפרקים את הפלסטיק. פסולת פלסטיק רבה על חוף בסינגפור | צילום: vaidehi shah, ויקיפדיה

החיידקים שניזונים מפוליאוריתן

בשלב הבא רצו החוקרים לגלות אם יש חיידקים המסוגלים להשתמש ב-TDA כמקור יחיד של פחמן ואנרגיה. הם העבירו חיידקים שבודדו מהאדמה לצלחות שהכילו TDA כמקור מזון יחיד, ואת החיידקים שהצליחו לגדול בצלחות אלה, העבירו לגידול בנוזל שהכיל אף הוא TDA כמקור יחיד של פחמן ואנרגיה. 

בדרך זו גילו החוקרים חיידק מהסוג פסאודומונס (Pseudomonas), שהצליח לגדול בסביבה שהכילה TDA כמקור מזון יחיד, ולכן קיבל את השם TDA1. כעת נותר להבין לעומק את התהליך שבו חיידקים אלה מפרקים את הפלסטיק. ייתכן שמדובר בתהליך מורכב, המשלב תגובות כימיות רבות. לכן יש לבדוק אילו אנזימים המשתתפים בתהליכים האלו, ומהם תוצרי הביניים שמתקבלים בתהליך פירוק הפוליאוריתן על ידי חיידקי TDA1. 

כדי לפתור חידה זו, המשיכו החוקרים לחקור את מאפייניהם של החיידקים האלה: אילו חלבונים ואנזימים הם יכולים לבטא, מהו הרכב השומנים בקרום התא שלהם ועוד. החוקרים אף הדגירו את החיידקים עם חומרים שונים ותיעדו מתי פירקו החיידקים את החומר שאיתו הודגרו ומתי לא. על פי המידע שאספו, הצליחו החוקרים לשער מהו מסלול פירוק הפוליאוריתן על ידי חיידקי TDA1. כעת דרושים ניסויים נוספים כדי לאמת או לשלול את המסלול המשוער הזה, ולבדוק אם וכיצד ניתן לשלב את החיידקים הללו בתהליכים ביולוגיים של מחזוּר פלסטיק.