یک آینده عالی برای پلاستیک وجود دارد."
یک جمله‌ی نمادین، توصیه به یک جوان تازه وارد دانشگاه با بازی داستین هافمن در فیلم فارغ‌التحصیل در سال 1967، که به‌عنوان شوخی در‌نظر گرفته شده‌بود. اما در سال 2023، یک واقعیت تلخ را نمایان می‌کند.
اقتصادهای جهانی هر سال حدود چهارصد میلیون تن زباله‌های پلاستیکی تولید می‌کنند و طبق گزارش 2022 سازمان توسعه و همکاری اقتصادی، فقط نه درصد زباله‌ها بازیافت می‌شود و هنگامی که پلاستیک های دور ریخته شده توسط موج‌های اقیانوسی یا نور خورشید ضربه می‌خورد می‌تواند میکروپلاست‌ها را آزاد کند، ذرات ریزی که راه خود را به هوا، غذا، آب و آزمایش‌های خون انسانی پیدا می‌کنند.
مقداری از آنها سوزانده می‌شوند، اما بخش عمده‌ی زباله‌های پلاستیکی به محل‌های دفن زباله یا محیط زیست ختم می‌شود.
به گفته‌ی کارشناسان، حتی نسبت اندک پلاستیکی که بازیافت می‌شود طیف وسیعی از چالش‌ها را به همراه دارد. ساختار مولکولی پلاستیک که شامل زنجیره‌های کربنی غیرفعال است که آن را با دوام و شکستن آن را دشوار می‌کند. (بسته به نوع، پوسیدگی کامل پلاستیک ممکن است چند دهه یا حتی صدها سال طول بکشد.)
فرایند بازیافت مکانیکی که شامل خرد کردن و ذوب کردن زباله‌های پلاستیکی به گلوله‌هایی برای استفاده‌ی دوباره است، کاری پر هزینه و فشرده است و بازیافت شیمیایی باعث انتشار گازهای سمی می‌شود.
وارد گروهی از دانشمندان هاروارد شوید که در طبیعت و آزمایشگاه به دنبال راه حل هستند.
طی دو سال گذشته، محققان در موسسه مهندسی این‌اسپایر بیولوژی (Biologically Inspired Engineering ) ویس (Wyss)، در آزمایشگاه فولکمن، پروفسور زیست شناسی عروقی دان اینگبر ( Don Ingber) و جورج چرچ ( George Church) ژنتیک در وینتروپ، بر شناسایی ارگانیسم‌هایی که به طور طبیعی پلاستیک را تجزیه می‌کنند کار کرده‌اند و در مرحله بعدی قصد دارند توانایی‌های این موجودات را از طریق اصلاح ژنتیکی تقویت کنند (افزایش دهند).
بازیافت اساسا یک افسانه است. سوکانیا پانثهام بیکر (Sukanya Punthambaker) یکی از محققین ارشد این تحقیق و یکی از همکاران فوق دکترای مطالعه بیولوژی مصنوعی در آزمایشگاه چرچ می‌گوید هیچ چیز واقعا بازیافت نمی‌شود. به محل‌های دفن زباله و اقیانوس ختم می‌شود و منجر به انتشار (آزاد شدن) گازهای سمی می‌شود.
سالانه چند صد میلیون تن پلاستیک تولید می‌شود و در طول عمر ما به جایی نمی‌رسد مگر اینکه یک مداخله قوی داشته باشیم.
جستجوی میکروب‌های متابولیزه کننده پلاستیک دهانه‌ی حوضچه‌ها، محل‌های دفن زباله، سایت‌های زباله و حتی سلولهای حیوانات خاص را در بر گرفت، جایی که محققان برای "پلاستیوورها" ارگانیسم‌هایی که تکامل یافته‌اند تا در مواد مصنوعی فرو روند، آزمایش‌هایی انجام دادند.
واسکار گنیاوالی، همکار فوق دکترا در آزمایشگاه اینگبر که بر روی حس‌گرهای زیستی و میکرو مهندسی کار می‌کند می‌گوید: ما به طبیعت بر می‌گردیم و می‌بینیم آنچه که به ما داده است.
گنیاوالی خاطر نشان می‌کند که رویکرد طبیعی برای شکستن پلاسیتک‌ها از راه‌حل‌های بازیافت شیمیای با محیط زیست سازگارتر است.
تخریب میکروبی نیر ایمن‌تر از خرد کردن است که میکروپلاستیک هایی تولید می‌کند (Vaskar Gnyawali) که بر هر بخش از اکوسیستم اثر می‌گذارد.
او توضیح می‌دهد که میکروب‌هایی که به‌طور طبیعی پلاستیک مصرف می‌کنند در عوض آب، دی اکسید کربن ومواد آلی به نام زیست توده تولید می‌کنند. مشکل این است که فیدرهای پلاستیکیِ طبیعت غذای خود را به سرعت مصرف نمی‌کنند.
برای غلبه بر این مانع، محققان پس از شناسایی میکروب‌های گرسنه، تلاش خواهند کرد تا اشتهای میکروب را افزایش دهند.
گنیاولی می‌گوید: "ما سعی می‌کنیم آنها را تکامل دهیم."
"آنها را سریع‌تر بسازید، آنها را بهینه کنید".
این کار بر اساس مهندسی ژنتیک و زیست‌شناسی مصنوعی، شامل مهندسی مجدد ماده‌ی ژنتیکی هسته میکروب‌هاست.
بنابراین آنها به خورندگان حریصی تبدیل می‌شوند و هم مستقیما آنزیم‌هایی که آنها برای تجزیه پلاستیک استفاده می‌کنند را دستکاری می‌کنند.
بیکر می‌گوید: ما امیدواریم که هم ارگانیسم‌های اصلاح شده ایجاد کنیم که پلاستیک را سریع‌تر تجزیه کنند و کارایی تغذیه شان را در حین تکثیر به فرزندان‌شان منقل کنند و هم آنزیم‌های تغییر یافته با اشتهای حریص‌تر بتوانند به‌طور جداگانه آزاد شوند.
این آزمایش‌ها بر اساس تلاش گروهی از محققان ژاپنی است که در سال 2016 گونه‌ی جدیدی از باکتری به نام Ideonella sakaiensis را شناسایی کردند که -با کمک دو آنزیم جداگانه -می‌تواند پلی اتیلن ترفتالات (PET) را که یک پلیمر ترموپلاستیکی است و به‌طور معمول در بطری‌ها و بسته‌بندی‌ها یافت می‌شود، بخورد.
آنزیم یک کاتالیزور بیولوژیکی است که معمولا یک پروتئین است که واکنش شیمیایی سلول را تسریع می‌کند.
پونتهام بیکر می‌گوید آنزیم‌های موجود در میکروب‌های پلاستیک‌خوار با شکستن زنجیره‌های پلیمری پلاستیک به قطعات کوچکتر عمل می‌کنند.
او خاطر نشان می‌کند که یکی از راه‌های کارآمدتر این فرایند "اصلاح اسیدهای آمینه‌ی آنزیم است تا بتواند موثرتر به زنجیره حمله کند".الگوریتم‌های هوش مصنوعی (AI) قدرت تحلیل‌های مولکولی محققان را به شدت افزایش می‌دهد و به سرعت پیش‌بینی‌هایی در مورد تغییرات در ساختار مولکولی آنزیم را ایجاد می‌کند که به‌طور بالقوه می‌تواند توانایی آن در تجزیه پلاستیک را افزایش دهد.
سپس محققان انواع آنزیم و خواص آن را در آزمایشگاه ارزیابی خواهند کرد.
الگوریتم‌های هوش مصنوعی (AI) قدرت تحلیل‌های مولکولی محققان را به شدت افزایش می‌دهد و به سرعت پیش‌بینی‌هایی در مورد تغییرات در ساختار مولکولی آنزیم را ایجاد می‌کند که به‌طور بالقوه می‌تواند توانایی آن در تجزیه پلاستیک را افزایش دهد.
سپس محققان انواع آنزیم و خواص آن را در آزمایشگاه ارزیابی خواهند کرد.
هنوز کار در حال در حال انجام است، برنامه آنها این است که در نهایت صدها یا هزاران آنزیم جهش یافته را با استفاده از هوش مصنوعی پیش‌بینی کنند سپس آنها را غربال کنند تا ببینند کدام یک بهتر عمل می‌کنند.
یکی از مشکلات دیرینه بازیافت سنتی این واقعیت است که چندین نوع پلاستیک با هم دور ریخته می‌شود.
تیم هاروارد یک سویه‌ی (نژاد) باکتریایی امیدوار کننده را شناسایی کرده است که قادر به تجزیه‌ی بیش از یک نوع پلاستیک در یک زمان است، کشفی که می‌تواند در مواجهه با محل‌های دفن زباله‌ی مملو از پلاستیک‌های مخلوط مفید باشد.
اینگبر، استاد مهندسی بیون اسپایرد در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی پاولسون هاروارد، نیز در موسسه ویس است، می‌داند که مقابله با مشکل پلاستیک در جهان به طیف وسیعی از رویکردهای مختلف نیاز دارد و او مطمئن است که این نمونه از تحقیقات کاربردی یکی از آن‌هاست.
او می‌گوید اگر ما واقعا بتوانیم از فرایند جداسازی یک نوع پلاستیک قبل ار شروع فرآیند تخریت فراتر برویم و در عوض از این میکروب‌ها یا آنزیم‌ها بر روی مخلوط‌های پلاستیکی پیچیده در سیستم‌های حمل زباله استفاده کنیم، می‌تواند تاثیر مثبت زیادی داشته باشد. شکی در آن نیست.
هدف این گروه معرفی آن باکتری‌های سوپر شارژ و آنزیم‌ها در بیورآکتورها، اقیانوس‌ها و محل‌های دفن زباله -جایی که انتظار می‌رود آنها میزان زباله‌های پلاستیکی را به میزان قابل توجهی کاهش دهند- است که در سه تا پنج سال آینده در انتظار بررسی‌های نظارتی است.
محققان می‌گویند برای رفع ترس در مورد توانایی تخریب میکروب‌های اصلاح شده، می‌توانند ارگانیسم‌های تغییریافته را مهندسی کنند تا خود تخریب شوند.
بیکر می‌گوید:
یکی از راه‌های مهار کردن آنها این است که یک سوئیچ کشتن داشته باشند، به‌طوری که آنها "پس از یک نقطه‌ی خاص بمیرند.
دانشمندان می‌گویند هرچه ذهن‌های بیشتری به مشکل حمله کنند بهتر است.
بیکر: شرکت‌ها ودانشگاه‌های دیگری نیز این کار را انجام می‌دهند، اما ما به افراد بیشتری نیاز داریم که درگیر شوند، زیرا زباله‌های پلاستیکی یک مساله‌ی جدی جهانی است و فقط بدتر می‌شود.
