تا حالا فکر کردی این همه پلاستیکی که روزانه استفاده می‌کنیم، آخرش کجا می‌رن؟ خیلی‌هاشون مستقیم راهی زباله‌دونی‌ها یا طبیعت میشن و آخرش هم واسه حیوونا و محیط زیست کلی دردسر درست می‌کنن. خلاصه، داستان پلاستیک یه بحران اساسی واسه دنیا شده.
حالا یه تیم قوی از دانشمندای دانشگاهی و صنعت، با حمایت مالی بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF)، دارن روی ساخت زیست‌پلاستیک‌هایی کار می‌کنن که هم محکم باشن، هم بشه چندباره بازیافت‌شون کرد و مهم‌تر از همه، از مواد اولیه بومی مثل ذرت، شکر یا حتی ضایعات کشاورزی درست بشن! مثلاً ضایعات کشاورزی یعنی همون چیزایی که توی مزرعه بعد از برداشت محصول اضافی می‌مونن و معمولا دور ریخته میشن. جالب‌تر این‌که اگه این مدل پلاستیک‌ها وارد بازار بشن، هم به محیط زیست کمک می‌کنن و هم تولید و تامین مواد اولیه آمریکا رو قوی‌تر می‌کنن.
بیا یه نگاه بندازیم به آمارها: صنعت تولید پلاستیک تو جهان نزدیک ۱ تریلیون دلار ارزش داره و تو سال ۲۰۲۲ بیش از ۴۰۰ میلیون تن پلاستیک تولید شده اما فقط حدود ۱۰ درصدش بازیافت میشه! یعنی هنوز تو بازسازی و استفاده دوباره از پلاستیک‌ها مشکل داریم.
یه استاد به اسم کارتیک سانکارانارایانان از دانشگاه Purdue (یکی از دانشگاه‌های معروف آمریکا) و تیکه‌های دیگه تیمش، با استفاده از کمک مالی ۷ میلیون دلاری NSF قراره آنزیم‌هایی رو طراحی کنن که بتونه مواد طبیعی رو تبدیل به پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر کنه. آنزیم، یعنی همون پروتئین‌های هوشمندی که کارشون سرعت‌دادن به واکنش‌های شیمیایی تو بدن یا محیط آزمایشگاهه.
پلاستیک‌هایی که دارن می‌سازن اسمشون PHAs هست؛ یعنی پلی‌هیدروکسی‌آلکانوآت‌ها. اینا نوعی بیوپلاستیک محسوب میشن و قابلیت زیست‌تخریب‌پذیری دارن (یعنی تو طبیعت ساده‌تر تجزیه میشن). خوبی PHAs اینه که میشه بارها و بارها بازیافت‌شون کرد و هر سری به واحدهای کوچکترشون تجزیه‌شون کرد و دوباره قالب زد و ساختشون. اینطوری تولید پلاستیک واقعاً چرخه‌ای و پایدار میشه!
تقریباً ۹۹ درصد پلاستیک‌های امروزی از نفت یا گاز درست میشن که معمولاً هم وارداتی‌ان اما با این روش جدید، میشه نمونه مشابهی با خواص مکانیکی و مقاومت مشابه پلاستیک‌های معمولی از مواد داخلی کشور ساخت. کارتیک میگه: «ما دوست داریم از مواد لوکال، مثلاً چیزایی که توی ایندیانا زیاد پیدا میشن، استفاده کنیم».
البته PHAs از ۱۰۰ سال پیش کشف شده بودن ولی مشکلی که داشتن این بود که شکننده بودن و موقع گرمای بالا، زود خراب می‌شدن. تیم جدید داره تلاش می‌کنه ساختار شیمیایی PHAs رو جوری تنظیم کنه که هم مقاوم‌تر بشه، هم در مقابل گرما پایدارتر بشه، پس میشه تو بسته‌بندی مواد یا وسایل پزشکی هم ازشون استفاده کرد.
پروژه فعلی قراره تو سه سال با تمرکز روی بیوکاتالیز انجام بشه. بیوکاتالیز، یعنی به جای روش‌های شیمیایی سخت و خشن، از آنزیم‌ها برای پیشبرد واکنش‌ها و تولید محصولات استفاده کنن.
الان داستان این طوریه: تو Purdue دارن الگوریتم‌هایی درست می‌کنن تا بهترین آنزیم رو واسه ساخت بیوپلاستیک انتخاب کنن. دانشگاه UCSF (کالیفرنیا، سانفرانسیسکو) اون آنزیم‌ها رو با Deep Learning – یعنی یادگیری عمیق، یه روش هوش مصنوعی که دنبال الگوها می‌گرده – مهندسی می‌کنه تا بهتر بشن. دانشگاه استنفورد کارایی و عملکرد آنزیم‌ها رو تست می‌کنه. دوباره تیم Purdue سرعت واکنش و قوی‌تر شدن آنزیم‌ها رو آنالیز می‌کنه، و دانشگاه UC Berkeley هم می‌ره سراغ امکانات تجاری‌سازی و بررسی بزرگ‌تر کردن تولیدش.
اما همه چیز آسون هم نیست! آنزیم‌های جالبی که تیم داره باهاشون کار می‌کنه، نامشون polyketide synthases یا PKSs هست. اینا آنزیم‌هایی هستن که تو بدن یه جور خط تولید شیمیایی رو جلو می‌برن و معمولاً واسه ساخت آنتی‌بیوتیک‌های پیچیده استفاده میشن. اما چون برای محیط‌های صنعتی و تولید بیوپلاستیک طراحی نشدن، باید هم واکنش‌هاشون رو عوض کنن، هم ساختارشون رو برای کار توی کارخانه‌ها محکم‌تر و پایدارتر بسازن.
یه دردسر دیگه هم اینه که ساختار DNA این آنزیم‌ها کلی گوانین و سیتوزین داره – دو تا از چهار باز آلی مهم تو ساختار DNA که مقدار زیادش کار رو برای شبیه‌سازی سخت‌تر می‌کنه. شرکت Twist Bioscience تو این پروژه همکاری داره و تکنولوژی‌ای توسعه داده که این مشکل رو حل می‌کنه. مدیرعامل شرکت هم گفته این کار باعث میشه ساخت اون دنباله‌های سخت DNA برامون راحت‌تر بشه.
جالبی پروژه اینه که فقط به ساخت بیوپلاستیک محدود نمیشه: ابزارها و متدهای متن‌بازی که توسعه میدن، بعدها واسه داروسازی، تولید مواد کشاورزی مثل سم یا کود شیمیایی و حتی ساخت مواد مصنوعی خاص مثل لاستیک هم قابل استفاده‌ست.
تازه، واسه دانشجوها و علاقه‌مندان هم کارگاه‌های آموزشی و ماژول‌های آموزشی درست کردن تا بتونن با طراحی پروتئین و فرایندهای آنزیمی آشنا بشن و کار یاد بگیرن. این پروژه توسط بخش فناوری، نوآوری و همکاری‌های بنیاد ملی علوم آمریکا و زیر نظر برنامه‌ای به نام شتابدهی طراحی پروتئین حمایت مالی شده.
کارتیک هم خودش کلی ذوق داره و گفته همکاری دانشگاه‌ها و محقق‌های مختلف، هر کدوم تجربه و سواد خاص خودشون رو دارن و این باعث میشه خروجی بهتری بگیرن.
در کل، اگه این پروژه موفق بشه، می‌تونیم به دنیای پلاستیکی آینده یه نگاه امیدوارانه‌تر بندازیم! زیست‌پلاستیک‌های محکم، زیست‌تخریب‌پذیر، چندباره قابل بازیافت و ساخته‌شده از مواد اولیه داخلی، واقعاً یه انقلاب خفن تو صنعت پلاستیک می‌تونه باشه.
منبع: +
