نجح فريق من العلماء في تطوير إنزيم حيوي جديد قادر على تحليل مادة «البولي يوريثان»، أحد أكثر أنواع البلاستيك استخداما وصعوبة في إعادة التدوير.
وتم ابتكار هذا الإنزيم بفضل الذكاء الاصطناعي وتقنيات البرمجة الحيوية التي مكنّت الباحثين من تصميم إنزيمات عالية الكفاءة على المستوى الجزيئي.
نُشرت تفاصيل الاكتشاف على موقع Ars Technica، ونقلتها منصة Наука Mail العلمية الروسية.
مشكلة عالمية اسمها «بولي يوريثان»
يُستخدم البولي يوريثان (Polyurethane) على نطاق واسع في صناعة الإسفنج الصناعي (الفوم)، نعال الأحذية، ومكونات السيارات مثل المخمدات والعوازل.
في عام 2024 وحده، بلغ الإنتاج العالمي لهذه المادة أكثر من 22 مليون طن.
لكن المشكلة تكمن في أن تركيبها الكيميائي المعقد، والمكوّن من روابط تحتوي على النيتروجين والكربون والأكسجين، يجعلها مقاومة للتحلل الطبيعي وصعبة المعالجة بطرق التدوير التقليدية.
الأساليب الحالية، مثل المعالجة الحرارية باستخدام ثنائي إيثيلين غليكول، تؤدي إلى مواد ناتجة غير صالحة لإعادة الاستخدام، مما يجعل الحرق هو الخيار الوحيد للتخلص منها، مع ما يسببه ذلك من انبعاثات ملوِّثة.
الذكاء الاصطناعي يصمم إنزيما خارقا
لاختراق هذا التحدي، اختبر العلماء 15 نوعا من الإنزيمات المعروفة بقدرتها على تفكيك البوليمرات، إلا أن ثلاثة منها فقط أظهرت نشاطا محدودا.
وبالاعتماد على أكثرها كفاءة، طوّر الباحثون برنامجا حيويا ذكيًا أطلقوا عليه اسم GRASE، يقوم بتحليل البنية ثلاثية الأبعاد للبروتينات ويتنبأ بمدى تفاعلها مع مادة البولي يوريثان.
اختار البرنامج 24 بروتينا محتملاً، أظهر منها 21 إنزيما قدرة واضحة على تسريع التحلل الكيميائي، بينما تفوق أحدها جميع النماذج السابقة، إذ كان أكثر كفاءة بثلاثين مرة من الإنزيم الطبيعي.
نتائج مبهرة: تحلل شبه كامل خلال 12 ساعة
عندما أضيف إلى الإنزيم الجديد القليل من ثنائي إيثيلين غليكول وتمت معالجته عند درجة حرارة 50°C، زادت فعاليته بمقدار 450 مرة.
تمكّن هذا الإنزيم من تحليل 98٪ من مادة البولي يوريثان خلال 12 ساعة فقط، مع إمكانية إعادة استخدامه مرتين دون فقدان كفاءته.
وفي التجارب الموسعة، أثبتت النتائج أن 95٪ من البلاستيك يمكن تفكيكه إلى مكوناته الأساسية القابلة لإعادة التدوير.
نحو صناعة بلاستيكية مستدامة
يُعدّ هذا الاكتشاف اختراقا بيئيا حقيقيا، إذ يمكن أن يغيّر مستقبل التعامل مع النفايات البلاستيكية حول العالم.
فمن خلال الجمع بين الذكاء الاصطناعي والعلوم الحيوية، أصبح بالإمكان تطوير إنزيمات مخصصة لكل نوع من البوليمرات، مما يمهد الطريق لإعادة تدوير البلاستيك بطرق أنظف وأكثر كفاءة واستدامة.
