Công nghệ enzyme - triển vọng giúp giải quyết các vấn đề nan giải

Enzyme có bản chất protein, là chất xúc tác sinh học không độc hại, có hoạt lực xúc tác mạnh và khá phổ biến trong tự nhiên, cần thiết cho rất nhiều quá trình hóa học trong tế bào và sinh vật sống; không có enzyme thì các quá trình công nghệ sinh học không thể tối ưu hóa được.

Enzyme đột biến có thể phân hủy nhựa trong vài ngày.

Ưu điểm của enzyme so với các chất xúc tác hóa học là khả năng hoạt động mạnh ở áp suất thường, nhiệt độ 20 đến 700C và vùng pH từ 1-12. Phần lớn enzyme có tính đặc hiệu rất mạnh hay tính xúc tác chọn lọc cao, cho phép nó chỉ xúc tác với một số chất xác định trong một hỗn hợp có nhiều tạp chất.

Công nghệ enzyme là một trong những lĩnh vực của công nghệ sinh học hiện đại sản xuất ra các chế phẩm enzyme - một trong những định hướng phát triển công nghiệp vi sinh. Công nghiệp enzyme phát triển gắn liền với những nghiên cứu trong sản xuất, và kiến thức trong các lĩnh vực vi sinh vật, hóa sinh, hóa lý, hóa keo, di truyền và đặc biệt là enzyme.

Hiện, việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát triển mạnh mẽ ở quy mô công nghiệp, không ngừng tăng về khối lượng, chủng loại và lĩnh vực ứng dụng.

Có nhận định cho rằng, ý nghĩa của việc sử dụng enzyme trong các lĩnh vực thực tế không kém so với ý nghĩa của việc ứng dụng năng lượng nguyên tử. Các chế phẩm enzyme không chỉ được ứng dụng trong y học, nông nghiệp, hóa học... mà còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau, như sản xuất chất tẩy rửa, dệt, da, giấy, phim ảnh, hương phẩm và mỹ phẩm, các nghiên cứu phân tích, dược phẩm... và công nghiệp thực phẩm (chế biến thịt, cá, sữa, phomai, bánh mì, bánh kẹo, rượu, bia, các mặt hàng từ rau quả, nước ngọt, sản xuất sữa khô và bột trứng…).

Theo giới chuyên gia, các phương pháp hóa học và sinh học thông thường ngày càng khó đạt được mức độ cần thiết để loại bỏ các chất ô nhiễm môi trường. Phương pháp xử lí rác thải bằng enzyme là trung gian giữa hai phương pháp truyền thống hóa lý và sinh học, dựa trên cơ sở các chất xúc tác cơ bản là sinh học.

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh enzyme có khả năng và triển vọng giải quyết vấn đề giám định và xử lí ô nhiễm môi trường nhanh, rẻ và đáng tin cậy, với những dụng cụ đơn giản hơn so với các hệ thống xử lí hiện hành.

Enzyme có thể được sử dụng đối với các chất ô nhiễm đặc biệt khó xử lí để loại chúng bằng cách kết tủa, hoặc chuyển chúng thành dạng khác. Ngoài ra, chúng có thể làm thay đổi các đặc tính của chất thải đưa chúng về dạng dễ xử lí, hoặc chuyển thành các sản phẩm có giá trị hơn nhờ có những ưu điểm: áp dụng được với những chất sinh học khó xử lí; tác dụng cả ở vùng nồng độ chất ô nhiễm môi trường cao; một số enzyme riêng biệt có tác dụng trên phạm vi rộng về PH, nhiệt độ và độ mặn; không gây ra những biến đổi bất thường; không phá vỡ cân bằng sinh thái…

Gần đây, các nhà khoa học từ Đại học Portsmouth của Anh và Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia Mỹ tình cờ tạo ra một loại enzyme có khả năng phân hủy nhựa (ước tính hơn 8 triệu tấn rác nhựa bị thải xuống biển mỗi năm) bằng phương pháp gây đột biến, mở ra giải pháp mới cho vấn đề ô nhiễm rác thải nhựa trên thế giới.

Con người đã thải ra một lượng nhựa khổng lồ.

Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào loài vi khuẩn có tên gọi là Ideonella sakaiensis (được phát hiện bởi các nhà khoa học Nhật Bản vào năm 2016) ăn nhựa PET (polyethylene terephthalate)- vật liệu làm nên hàng triệu chai nhựa và là một trong những chất ô nhiễm phổ biến nhất trong môi trường.

Mục tiêu ban đầu của nhóm là hiểu được cấu trúc của enzyme PETase ở loài vi khuẩn này. Tuy nhiên, họ đã tiến xa hơn mong đợi khi tình cờ tạo ra loại enzyme đột biến có khả năng phân hủy nhựa còn tốt hơn enzyme PETase.

"Enzyme được tạo ra thật đáng kinh ngạc. Nhựa plastic thông thường có thể mất tới 400 năm để phân hủy, nhưng bây giờ chúng ta đã có thể phân hủy chúng chỉ trong vài ngày", giáo sư John McGreehan từ Đại học Portsmouth cho biết.

Có thể nói, công nghệ enzyme là một trong những công nghệ có nhiều triển vọng, hứa hẹn giúp con người vượt qua nhiều vấn đề nan giải mà cuộc sống đương đại đặt ra./.