Một loại vi khuẩn thường được tìm thấy trên các mảnh nhựa lẫn trong nước thải có thể mở ra hướng xử lý rác nhựa mới.
Ảnh: Killari Hotaru/Unplash
Nhóm nghiên cứu tại Northwestern University, Mỹ, vừa phát hiện một số loại vi khuẩn thuộc chủng Comamonas có khả năng phân giải nhựa rồi lấy đó làm dưỡng chất nuôi sống bản thân chúng. Đầu tiên, các vi khuẩn Comamonas biến rác nhựa thành các mảnh cực nhỏ hay nhựa nano và tiết loại enzym đặc biệt lên các vi nhựa này để phân giải chúng thành các vòng carbon mà chúng có thể tiêu hoá được.
Kết quả thực nghiệm mở ra hướng xử lý rác thải mới thông qua vi khuẩn “ăn” nhựa, đặc biệt nhắm đến polyethylen tereptalat (hay PET) - loại nhựa thường dùng làm bao bì thực phẩm hay vỏ chai lọ đồ uống.
Ludmilla Aristilde, Phó giáo sư kỹ thuật môi trường tại Northwestern University đồng thời là trưởng nhóm nghiên cứu, phát biểu như sau trong một thông cáo: “Chúng tôi là nhóm đầu tiên trình bày có hệ thống cách một loại vi khuẩn trong nước thải có thể cắt nhỏ, phân giải, rồi tiêu huỷ vật thể nhựa, lấy đó làm nguồn carbon nuôi sống bản thân như thế nào. Chưa hết, chúng tôi còn xác định được loại enzym đóng vai trò chủ chốt trong quá trình phân giải nhựa. Chúng ta có thể tối ưu hoá và tận dụng triệt để phương pháp này để loại bỏ các chất thải nhựa trong môi trường sống.”
Vi nhựa - vấn đề vĩ mô
Ô nhiễm rác thải nhựa lúc nào cũng là vấn đề môi trường gây đau đầu bởi vật liệu này vừa cứng vừa lại khó phân huỷ, vì thế mà tồn tại rất lâu trong tự nhiên. Một vài loại nhựa có thể mất đến 400 năm để phân huỷ hoàn toàn. Ngay cả khi phân huỷ, chúng cũng gây ra nhiều rắc rối khác.
Vi nhựa bị bong ra từ các mảnh rác nhựa lớn, có chiều dài chỉ khoảng 0,5 mm, và trôi theo nguồn nước mà vương vãi khắp Trái Đất. Vi nhựa tồn tại từ đáy đại dương như Rãnh Mariana sâu 11 km, cho đến những dãy núi hùng vĩ như Núi Everest cao hơn 8 km tính từ mực nước biển.
Các mảnh vi nhựa khi bị chia cắt nhỏ hơn tạo thành nhựa nano có kích thước chỉ khoảng 1-1000 nm, tức nhỏ hơn cả chiều ngang sợi tóc. Nếu vi nhựa đã đáng sợ, nhựa nano chắc chắn là một bộ phim kinh dị rợn người. Nó len lỏi cả vào những cơ quan, thậm chí là tế bào nhỏ nhất trong cơ thể con người, từ động mạch, phổi, cho đến nhau thai, tinh trùng, và cả não bộ nữa.
Hung thủ lớn nhất gây ra thảm hoạ ô nhiễm nhựa là PET. Không chỉ chiếm đến 12% tổng lượng nhựa sử dụng toàn cầu, PET còn thuộc hàng khó phân huỷ nhất, vì vậy góp mặt trong khoảng 50% các loại rác nhựa nano tồn tại trong các hệ thống cống rãnh.
Tận dụng vi khuẩn
Công trình của Aristilde và cộng sự bắt đầu bằng việc nghiên cứu khuẩn Comamonas testosteri sử dụng cơ chế gì để tiêu hoá các chất hữu cơ đơn giản có được sau khi phân giải cây cối và nhựa.
Được biết Comamonas testosteri đóng vai trò trọng yếu trong nghiên cứu xử lý chất thải nhựa vì nó là loại khuẩn Comamonas có thể sinh trưởng trên các mảnh PET. Nhóm nghiên cứu muốn biết loại vi khuẩn này tương tác và tiêu hoá nhựa ra sao. Họ thu thập vi khuẩn từ nước thải rồi tiến hành nuôi chúng trên các miếng phim và viên tròn làm từ PET. Đồng thời, nhóm cũng tìm kiếm dấu vết nhựa nano trong vùng nước thải nơi vi khuẩn được thu thập.
Aristilde trình bày: “Trong môi trường có Comamonas testostori, vi nhựa bị phân giải thành các mảnh nhựa nano. Theo những gì quan sát được, chúng có khả năng phân giải nhựa đến từng monomer riêng biệt - tức các phân tử cấu thành polymer. Chính các monomer này là nguồn dinh dưỡng giúp vi khuẩn sinh trưởng, phát triển.”
Tiếp đến, nhóm tiến hành xác định cơ chế phân giải PET của loại khuẩn này và tìm thấy loại enzym đặc biệt chỉ được vi khuẩn tiết ra khi gặp nhựa PET. Để biết chắc chắn rằng chính enzym trên là thứ Comamonas testosteri sử dụng để phân giải nhựa, nhóm nghiên cứu lai tạo chủng Comamonas không có khả năng tiết enzym nói trên. Kết quả: hoặc chủng mới lai tạo hoàn toàn không thể phân giải được nhựa hoặc khả năng phân giải nhựa bị hạn chế đến mức tối thiểu.
Trước khi có thể biến phát kiến mới này thành giải pháp xử lý rác thải nhựa phù hợp, áp dụng được trong thực tiễn, nhóm nghiên cứu cho rằng kết quả thu được đã soi rõ hơn cách thức nhựa nano lẫn vào đường nước thải như thế nào và điều gì xảy ra với chúng trong môi trường đó.
Aristilde kết luận: “Nước thải là môi trường chứa lượng vi nhựa và nhựa nano “dồi dào”. Hầu hết mọi người nghĩ rằng nhựa nano đã tồn tại ở dạng đó trước khi đi vào hệ thống cống rãnh; nhưng chúng tôi đã chứng minh được nhựa nano còn có thể là sản phẩm của hoạt động trao đổi chất của các sinh vật sống trong nước thải. Đây là điều vô cùng đáng lưu tâm, nhất là khi muốn hiểu rõ điều gì xảy ra với rác nhựa khi đi từ nguồn nước thải ra sông hồ.”
Huỳnh Trọng Nhân
(Lược dịch)