מחקר חדש מראה את הפוטנציאל של הביוטכנולוגיה להיאבק בפסולת הפלסטיק בטבע
מחקר שנערך באוניברסיטת קונסטנץ שבגרמניה מציג תוצאות מרתקות לגבי יכולתם של חיידקים לפרק סוגי פלסטיק מסוימים בטבע. החוקרים גילו שפולימרים ביולוגיים המבוססים על שמנים טבעיים, כשהם נקברים באדמת יער, מתמוססים לחלוטין בתוך פרק זמן של כ-250 עד 330 ימים. לעומת זאת, הפולימרים המסורתיים כמו הפוליאתילן בגובה ריכוזים גבוהים שנמצא בשקיות ניילון ומכולות, לא הראו סימני פירוק משמעותיים באותם תנאים, והם נחשבים לעמידים הרבה יותר בפעילותי חיידקים.
חיידקים חודרים אל הפילם, ת cells אחר ת cell
ביולוגים Harry Lerner ו-David Schleheck שקדמו את הפולימרים, הניחו שכבות דקות של פולימרים אליפטיים מקושרים המיוצרים מחומרים טבעיים בצמחי השמן, כ-10 ס"מ באדמת הכיסוי של גן הבוטניקה של האוניברסיטה, בתוך שכבת ההומוס של היער. במקביל, הם החליפו אותן החומרים בפולימרים טחונים שהוסיפו לאדמה באותו אתר במעבדה ומעלי כך עקבו אחר הפחמן הדו-חמצני שהיה נפלט על ידי החיידקים למשך שנה שלמה. מדידה זו חשובה מכיוון שכאשר חיידקים מפרקים חומר, הם משחררים פחמן דו-חמצני, ומשכך, מדדים של גז זה משקפים את כמות הפולימר שהוכנסה כזונה במקום כמקור אנרגיה.
לדברי Lerner, החומרים השקולים כללו שני סוגי ביופולימרים שנבדקו, PHBV ו-PCL, יחד עם סיבי תאית, שהקריסתם קמה תוך כ-80 ימים. פוליאתילן בגובה ריכוזים גבוהים, שאותו אנו מכירים משקיות חלב ומעטפות רבות, לא הראה כמעט פירוק לאורך התקופה.
תמונות מקרוסקופ אלקטרוני של הסרטים שנאספו הראו חורים זעירים, בגודל וצורת תא בודד, המציעים כי החיידקים מחזיקים אנזימי חיתוך לפולימרים על פני השטח שלהם, ומאפשרים להם לחדור לתוך החומר ולעכל אותו במקום להימנע ממנו.
אתר פעיל רחב וייחודיות של אנטיביוטיקה
כדי להבין את המכניזם, Lerner ביצע סיקול של חומר הגנטי מתרבות הרחבה של חיידקים מהאדמה ומחפש גנים שהופיעו בעיקר בנוכחות הפולימר. גן אחד בלט – קודד לזרחאזת משפחת VIII, אנזים המסוגל לפצל קשרי אסטר ומכיל אות להוצאתו מחוץ לתא ומוליך שומני שמחבר אותו לממברנת התא.
האתר הפעיל הרחב והחשוף של האנזים אפשר לו לתפוס שרשראות פולימר ארוכות, והניב את השם "Pac-Man", בהשאלה לתפקידו בפס המשחק. בנוסף, אופי הפעילות שלו דומה ל-betalactamases, אנזימים שמייצרות חיידקים מסוימים כדי לפצל את טבעת האנטיביוטיקה מסוג פניצילין. במבחנות מעבדה, האנזים קטע את הטריפוסות לפולימרים אותם הוא מפרק, וגם שבר את הפניצילין.
חשוב להדגיש שכאן מדובר בממצא מעבדה ולא באיום על בריאות הציבור. החוקרים ציינו שלהראות ש an enzyme can break down penicillin in a lab setting אינה בהכרח מעידה שהחיידקים ישקטו להיות עמידים לאנטיביוטיקות במציאות. המחקר לא בדק אם בשדות קיימת עלייה באנטיביוטיקה עמידות בשל פירוק ביופולימרים.
הבנת תוויות: 'התכלה ביולוגית' תלויה במיקום
ההנחיות של רשות הסחר הפדרלית (FTC) בנוגע לשיווק סביבתי קובעות שבאם מצוין על מוצר שהינו "מתכלה ביולוגית" באופן בלתי מותנה, יש להוכיח שהמוצר כולו יתפרק באופן מלא בתוך שנה מהשימוש הרגיל שלו במקום השלמה כמו מזבלה, זמין לשריפה או מיזמי מיחזור. בפועל, חברות שנתבעו על הטעיית הצרכן נטען שהן מצהירות על תכונת ההתכלה בלי תיעוד מספיק.
בקליפורניה, החוקים מחמירים עוד יותר ומגבילים את מכירת המוצרים עם תוויות של "מתכלה", "מתפרק" או "המסיס" ומגדירים סטנדרטים ל"קומפוסטבילי" – תווית שנוגעת אך ורק לתהליך קומפוסט תעשייתי, שלא בהכרח מתאים לתנאי גינה ביתית. מוצרי הפלסטיק המתכלים שנבדקו הראו כי נדרשים כ-12 חודשים לפחות בתנאי יער עשירים בחומר אורגני כדי לפרק, תהליך שונה משמעותית מתנאי מזבלה סגורה.
המסר של המחקר הוא שיש לקחת את ההבטחות על חבילות "מתכלות" בערבון מוגבל, ולְנהוג באחריות. מומלץ לבדוק מראש עם תכניות הקומפוסט העירוניות האם ניתן לזרוק את החבילות שקוף שמתופעלות באופן שמותאם לתו תקן, ולהימנע מהטמעת חומרי אריזה שבדרך כלל אינם מתפרקים בגינה הפרטית. חשוב גם לזכור שלא לשים בפחי הקומפוסט חומרים שאינם מתכלים או המבוססים על חומרים כימיים שיכולים להפריע לתהליך.
הגבלות של מחקר אחד בלבד על קרקע יער
המחקר נעשה בשדה ומתבצע במעבדה באדמת יער בדרום גרמניה, ולו משך כ-שנה. חשוב לציין כי סוג הקרקע, רמת הלחות והטמפרטורה משפיעים באופן משמעותי על פעילות המיקרואורגניזמים. נוסף על כך, החוקרים לא בחנו בפועל פלסטיקים קונבנציונליים עם תוספים שמיועדים להצהרות על "ביודגרידביליות", נושא שתבעה ה-FTC.
אין במחקר כדי להראות שחיידקים מותאמים כעת לצרוך פולימרים כמו פוליאתילן, פרופילן או סטירופן, שהן מרכיבי זבל הפלסטיק ברחבי נהרות ואוקיינוסים. Schleheck אמר כי חיידקים שואפים לאכול פלסטיק כחומר תזונתי, אך רוב סוגי הפלסטיק אינם ניתנים לעיכול על ידם, בשל המבנה הכימי שלהם.
מכאן, שיהיו צעדים הבאים בנושא, יידרש לחקור את הימצאות האנזים באזורים שונים, והאם אנזימים דומים פועלים על סוגי פולימרים אחרים. כתבה זו תספר על המחקר העתידי וכל שנראה שהשינוי הרגולטורי בארץ ובחו"ל יתמקד דווקא בפיתוח פולימרים חדשים שיקלו על פירוקם על ידי מיקרובים.
מה הצרכן הישראלי צריך לדעת
מהו ה-"אנזים פקמן"? זהו אנזים חיידקי מסוג זרז שמיוצר באדמות יער, שמסוגל לפרק פולימרים ביולוגיים מתמשכים על בסיס שמנים טבעיים. אופי האתר הפעיל שלו הזכיר לרבים את דמות משחק הווידאו.
האם הביופולימרים באמת התרמו? לפי תוצאות המעבדה, כל סוגי הביופולימרים שנבדקו התפרקו כולן בתוך כשלעשרות ימים, בממוצע בין 250 ל-330 ימים. הפולימרים המסורתיים, כמו הפוליאתילן, כמעט שלא הראו סימני פירוק.
האם יש להסתמך על תוויות "מתכלה ביולוגית" כדי לזרוק חבילות בגינה? לא בהכרח. המחקר בדק חומרים מסוימים בתנאי יער עשיר בחומר אורגני, שהם פחות מרוכזים ופעילים מיערות שפרוסים בשטח ציבורי או במזבלה סגורה. התוויה תואמת לתנאים המקומיים אך אינה תומכת באחריות כוללת לכולם.
האם הקשר בין האנזים לפניצילין מהווה סיכון בריאותי? אין שום עדות למחקר הזה שמראה שהאנזים גורם לעמידות אנטיביוטית באנשים או בחיידקים חיים. הוא נקבע במעבדה כי יכול לקטוע פניצילין, אך לא הוכח שאנטיביוטיקות ייפגעו או שידעו לפעול באופן תקין במערכות חיות.
איך לנהוג בחומרים מתכלים או ביודגרידיביים? מומלץ לעקוב אחר הנחיות התוכנית הפוליטית של הפחים והקומפוסט במקומכם. חשוב לבדוק מראש אם החומרים מקבלים אישור כמתכלים, ולזרוק אותם רק באזורים המיועדים לכך, ולהשאיר את הפולימרים הרגילים מחוץ לתהליך.
הגבלות חשיבות ממחקר אחד בלבד
מחקר זה מתייחס לשדה ולעבודה במעבדה, והמשכו כ-שנה. סוג הקרקע, הטמפרטורה והרמת הלחות משפיעים מאוד על מיקרואורגניזמים, ולכן ההכללות אינן חלות על כל סוגי הקרקעות והסביבות. יתרה מזאת, לא נבחנו כן השפעות על פלסטיקים מסורתיים עם תוספים שתיעודם נדרש לדרישות רגולטוריות.
חשוב להבין כי רוב הזיהום שעושה את נזקיו הוא בפלסטיקים רווחיים, כמו פוליאוריתן, פרופילן, סטירופן, שלא עולים עליהם במחקר זה. דעת החוקרים היא שהפוטנציאל העתידי להשבת הסביבה הוא בפיתוח של פולימרים חזקים יותר, המותאמים לפירוק על ידי מיקרובים, וכי הדרך להפחתת הזיהום היא בעיקר במודעות, באחריות ובשינוי תכניות הייצור והמדיניות.
מה הצרכן הישראלי צריך לדעת
מהו ה-"אנזים פקמן"? זהו אנזים חיידקי שנמצא באדמות יערות טבעיות, שמסוגל לפרק סוגי פולימרים ביולוגיים מבוססי שמנים. הייחודיות שלו היא באתר הפעילות הרחב המאפשר לתפוס שרשראות ארוכות של פולימרים, בדומה לדמות המפורסמת במשחק.
האם הביופולימרים באמת נמסים? לפי התוצאות, כן. מרבית הביופולימרים שנבדקו התפרקו בתוך כשנה מיום יומם, ביחס לפולימרים המסורתיים שהראו שאין כמעט פירוק.
האם תוויות "מתכלה ביולוגית" בגינה הן מהימנות? לא בהכרח. חשוב לבדוק את ההנחיות המקומיות ואת סוג ומאפייני החומרים. תווית המבטיחה התפרקות במערכת הביתית אינה תמיד מבוססת על ניסויים מעמיקים ונדרשת היערכות מדויקת.
האם האנזים מסכן את בריאותנו? על פי מחקר זה, לא. היכולת של האנזים לשבור פניצילין רק במעבדה אינה מעידה על סיכון בריאותי אמיתי, אלא על קיומה של יכולת תכנותית מפותחת יותר בפיתוחים עתידיים.
איך לנהוג בחומרים ביודגרידיביים או מתכלים? לעקוב אחר ההנחיות של תכניות המיחזור והקומפוסט הקהילתיות. לא לזרוק חומרים שאינם מיועדים לכך בפחי הקומפוסט במקום היעד, ולא להאמין לתוויות שמבטיחות בפשטות התפרקות בכל סביבה.
—
כל הנאמר מצביע על כך שהעתיד בניווט בפסולת הפלסטית תלוי גם בפיתוח טכנולוגיות חדשות, במדיניות רגולטורית אחראית ובמודעות אישית. בעוד שהחיידקים מסוגלים, תפקידנו הוא לנהל נכון את השימוש במוצרים אלה ולשאוף לעודד יצירת תהליך של פירוק טבעי, שיפחית את הנזק לסביבה בה אנחנו חיים.
