Theo một nghiên cứu mới trên tạp chí Microbial Ecology, các loài vi sinh vật trong lòng đất và đại dương đang tiến hóa để có thể ăn và tiêu hoá được nhựa. Kết quả rút ra từ một cuộc khảo sát quy mô lớn đầu tiên được thực hiện trong lĩnh vực này.

Trong đó, các nhà khoa học đã thu thập vô số mảnh DNA có trong môi trường từ khắp nơi trên thế giới. Họ đã quét qua tổng cộng hơn 200 triệu gen để tìm thấy 30.000 loại enzyme khác nhau có khả năng phân huỷ 10 loại nhựa.

Tính từ thời điểm vật liệu nhựa đầu tiên được phát minh vào năm 1862, nghiên cứu này là đánh giá toàn cầu quy mô lớn nhất về khả năng phân hủy nhựa của vi khuẩn. Nó mở ra cho chúng ta một góc nhìn mới rằng nhựa không phải là một vật liệu không thể được xử lý.

Theo đó, cứ 4 loài vi sinh vật được phân tích thì có 1 loài sở hữu gen thích hợp để ăn được nhựa. Càng ở những địa điểm có tình trạng ô nhiễm nhựa xảy ra trầm trọng hơn, số lượng các loài vi sinh và enzyme phân huỷ nhựa được tìm thấy tại đó càng lớn.

Các nhà nghiên cứu cho biết: “Đây là bằng chứng rõ ràng cho những tác động có thể đo lường được do tình trạng ô nhiễm nhựa gây ra đối với hệ sinh thái vi sinh vật trên toàn cầu”. Nhưng nó cũng mở ra một cơ hội, cho phép chúng ta tìm cách dọn dẹp và tái thiết lại hành tinh đang ngập tràn rác thải nhựa của mình.

Những vi khuẩn ăn nhựa đầu tiên trên thế giới

Trong đời sống hiện đại, con người đang thải vào môi trường hàng triệu tấn nhựa mỗi năm. Các mảnh rác nhựa này sau đó sẽ bị chia tách nhỏ dần cho tới khi chúng đạt được kích thước micromet và được gọi là những hạt vi nhựa.

Tuy nhiên, vấn đề là các mảnh nhựa chỉ có thể được chia nhỏ chứ không thể bị phân huỷ hoàn toàn trong hàng ngàn, thậm chí hàng triệu năm. Đó là lý do chúng ta có thể tìm thấy các hạt nhựa này ở khắp mọi nơi, từ rãnh đại dương sâu nhất cho tới đỉnh Everest.

Không một ngóc ngách nào trên hành tinh là không có hạt vi nhựa. Chúng ta đang hít thở bầu không khí chứa vi nhựa, ăn các thực phẩm, hải sản nhiễm vi nhựa, uống nước bị ô nhiễm với vi nhựa, thậm chí những đứa bé chưa sinh ra đã phải tiếp xúc với hạt vi nhựa có trong tử cung người mẹ.

Vấn đề đặt ra cho loài người bây giờ là phải giảm lượng nhựa tiêu thụ trên quy mô toàn cầu, đồng thời, tìm cách xử lý lượng rác thải nhựa khổng lồ mà chúng ta đã chôn vào lòng đất và bên dưới các đại dương.

Điều này thực sự khó, bởi ngay từ ban đầu chúng ta đã chủ ý làm ra nhựa như một vật liệu siêu bền. Do đó, nó rất khó để có thể bị phân huỷ và tái chế. Những năm gần đây, với sự phát hiện ra một số enzyme có khả năng phân huỷ nhựa, con người mới bắt đầu nuôi hi vọng có thể bẻ gãy được các kết nối hoá học cứng rắn trong từng phân tử nhựa.

Điển hình như năm 2018, trong một bãi rác tại Nhật Bản, các nhà khoa học đã tìm thấy một loài vi sinh vật ăn nhựa đầu tiên. Phát hiện ngay lập tức khiến cả thế giới chấn động.

Các nhà khoa học Nhật Bản đã mang loài vi sinh vật này về phòng thí nghiệm, chỉnh sửa gen của nó và vô tình tạo ra được một enzyme phân huỷ nhựa hiệu suất cao. Năm 2020, họ đã có thể nâng hiệu suất của enzyme này lên gấp 6 lần so với enzyme có trong vi sinh vật tự nhiên được tìm thấy.

Cùng khoảng thời gian đó, một công ty có tên là Carbios cũng tìm ra được một loại enzyme đột biến có tác dụng phân hủy chai nhựa để tái chế trong vài giờ đồng hồ. Tại Đức, các nhà khoa học cũng đã phát hiện ra một loại vi khuẩn ăn nhựa polyurethane độc hại, thường được chúng ta đổ ra bãi rác mà không thể tái chế.

Các phát hiện liên tiếp này bắt đầu cho phép chúng ta biến một phần nhỏ rác nhựa trở lại thành các khối sản xuất nhựa nguyên sinh, hay nói một cách khác là tái chế nhựa một cách hoàn hảo.

Nhưng một số enzyme dường như là không đủ, chúng ta cần nhiều enzyme hơn nữa thì có thể tìm ra được một phương pháp tái chế nhựa với hiệu suất cao, áp dụng được trên quy mô toàn cầu. Và khi nói đến số lượng của những enzyme này, hệ vi sinh vật trên toàn cầu đang nắm giữ một kho báu khổng lồ cho chúng ta khai thác.

Tiến hóa đang tạo ra một kho báu các enzyme phân hủy nhựa

Jan Zrimec, tác giả nghiên cứu mới đến từ Đại học Chalmers, cho biết: “Chúng tôi không ngờ có thể tìm thấy một số lượng lớn các enzyme như vậy trên rất nhiều loài vi khuẩn và môi trường sống khác nhau. Đây là một khám phá đáng ngạc nhiên thực sự bởi nó minh họa cho quy mô của vấn đề”.

Đồng ý với Zrimec là giáo sư Aleksej Zelezniak đến từ Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển. Ông cho biết: “Chúng ta đã tìm thấy nhiều bằng chứng ủng hộ một thực tế rằng hệ vi sinh vật toàn cầu có tiềm năng phân hủy nhựa và tiềm năng đó tương quan chặt chẽ với các phép đo về ô nhiễm nhựa trong môi trường. Đây rõ ràng là một minh chứng cho thấy môi trường đang phản ứng với những áp lực mà loài người chúng ta đang đặt lên nó”.

Cụ thể chỉ trong khoảng 70 năm qua, con người đã nâng quy mô sản xuất nhựa từ 2 triệu tấn/năm lên 380 triệu tấn. Điều này buộc các vi sinh vật phải tiến hoá để phát triển khả năng xử lý nhựa.

Để xác minh điều này, các nhà nghiên cứu đã biên soạn một bộ dữ liệu gồm 95 enzyme vi sinh vật đã được biết đến với khả năng phân hủy nhựa. Chúng thường được tìm thấy trong vi khuẩn ở các bãi rác và những nơi tương tự có nhiều nhựa do con người thải ra.

Sau đó, nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm các enzyme tương tự trong các mẫu DNA thu thập được từ 236 địa điểm khác nhau trên thế giới. Điều quan trọng là họ cũng loại trừ khả năng dương tính giả bằng cách so sánh các enzyme được xác định ban đầu với các enzyme có trong ruột người, vốn không có bất kỳ khả năng phân hủy nhựa nào.

Khoảng 12.000 loại enzyme mới đã được tìm thấy trong các mẫu phẩm thu được từ 67 địa điểm trong lòng đại dương và ở 3 độ sâu khác nhau. Kết quả cho thấy mức độ enzyme phân hủy cao hơn khi đi xuống các tầng sâu hơn. Điều này phù hợp với mức độ ô nhiễm lớn hơn ở đó, vì hạt vi nhựa thường lắng xuống đáy biển sau khoảng thời gian trôi nổi của chúng.

Các mẫu đất được lấy từ 169 địa điểm ở 38 quốc gia và 11 môi trường sống khác nhau chứa tới 18.000 enzyme phân hủy nhựa. Môi trường đất đặc biệt chứa nhiều nhựa phthalate hơn so với đại dương, và các nhà nghiên cứu đã tìm thấy nhiều enzyme tấn công các hóa chất này hơn bên trong các mẫu đất.

Tin mừng hơn nữa là gần 60% các enzyme được tìm thấy là enzyme hoàn toàn mới, chưa từng được ghi nhận trong các nghiên cứu trước đây. Điều này ngụ ý chúng có thể tạo ra những cơ chế phân huỷ nhựa mới mà con người chưa biết đến. Nó sẽ mở ra cơ hội cho chúng ta tìm hiểu chúng và tìm ra cách ứng dụng cơ chế của các loại enzyme này vào ngành công nghiệp tái chế nhựa.

“Bước tiếp theo sẽ là kiểm tra các ứng cử viên enzyme hứa hẹn nhất trong số này. Các thí nghiệm cuối cùng sẽ giúp chúng tôi tìm ra những đặc tính và tốc độ phân hủy nhựa mà chúng có thể đạt được“, Zelezniak cho biết. “Từ đó, bạn có thể thiết kế ra các cộng đồng vi sinh vật với các chức năng cụ thể, nhắm tới việc phân huỷ từng loại nhựa mục tiêu khác nhau”.

Nói tóm lại, cơ hội dọn dẹp và tái thiết hành tinh đang mở ra cho chúng ta, với một kho báu enzyme mà các loài vi sinh vật đang nắm giữ. Thật may là khi con người làm bẩn hành tinh bằng hàng triệu tấn rác thải nhựa hàng năm, tiến hoá đã tới công chuyện và tạo ra các loài vi sinh vật phân huỷ được chúng.

Công việc còn lại của các nhà khoa học bây giờ là tìm cách tăng tốc và chọn lọc quá trình này, hi vọng rằng chúng ta có thể kịp sửa chữa và dọn dẹp những gì mà mình đã gây ra.

Tham khảo Theguadian