เอนไซม์ขนาดเล็กเพื่อการย่อยสลายพลาสติกพอลิเอทิลีน เทเรฟทาเลต (PET)
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
วิรัลพัชร จิรัฐิติเจริญ, ปวรวรรณ ไชยวงศ์, อภิปรียา ปวบุญสิริวงศ์
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
อาจรีย์ ธิราช, ชยสิทธิ์ อุตมาภินันท์
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
พลาสติกประเภทพอลิเอทิลีน เทเรฟทาเลต (PET หรือ PETE) ได้รับความนิยมและถูกนำไปใช้เป็นส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์อย่างแพร่หลาย เช่น บรรจุภัณฑ์ และเส้นใยสังเคราะห์ อย่างไรก็ตาม พลาสติกประเภท PET ย่อยสลายได้ยากและกลายเป็นปัญหาขยะในสิ่งแวดล้อม การรีไซเคิล PET ด้วยการใช้สารเคมีและวิธีเชิงกล เพื่อให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้นั้นไม่เป็นที่แพร่หลายเนื่องจากข้อจำกัดทางด้านการเกิดมลพิษและต้นทุนที่สูง การย่อยสลายโดยใช้โปรตีนเร่งการเกิดปฏิกิริยาเคมีหรือเอนไซม์จึงเป็นหนึ่งในทางเลือกสำหรับการแก้ไขปัญหาดังกล่าว โดยมีผลิตภัณฑ์จากการย่อยที่ไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม เอนไซม์ที่มีความสามารถในการย่อยสลายพลาสติกประเภท PET ที่ได้มีการค้นพบในปัจจุบันยังมีข้อจำกัดที่ทำให้ยังไม่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลาย จากการศึกษาพบว่าการเลือกใช้เอนไซม์ที่มีขนาดเล็กและสามารถทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิต่ำสามารถเป็นทางเลือกในการลดต้นทุนการผลิตและบำรุงรักษาระบบและเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตที่มากขึ้น ผู้จัดทำโครงงานจึงมีความสนใจในการค้นหาเอนไซม์ขนาดเล็กที่สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิต่ำ โดยใช้วิธีการ Metagenomic Mining เพื่อค้นหาเอนไซม์ที่มีลำดับกรดอะมิโนใกล้เคียงกับเอนไซม์ที่เคยถูกค้นพบว่ามีคุณสมบัติในการย่อยพลาสติกดี จากฐานข้อมูลทางโมเลกุลที่เก็บข้อมูลจากเมตาจีโนม (Metagenome) เพราะ เอนไซม์จะสามารถทำงานได้ในสภาวะที่หลากหลายมากขึ้น หลังจากได้ลำดับกรดอะมิโนที่สนใจแล้วจึงนำไปทำการวิเคราะห์โครงสร้างตติยภูมิ เพื่อคัดเลือกและศึกษาคุณลักษณะต่าง ๆ ที่ส่งผลต่อความสามารถในการย่อยของเอนไซม์ เช่น Catalytic triad และ Binding Cleft ก่อนจะนำเอนไซม์ที่สนใจมาผ่านกระบวนการโคลน (Cloning) การผลิตโปรตีน (Protein expression) การสกัดโปรตีนให้บริสุทธิ์ (Purification) และทดสอบประสิทธิภาพการย่อยพลาสติกประเภท PET เพื่อค้นหาเอนไซม์ที่สามารถทำงานได้ดีที่สุด โดยจากการทดลอง พบว่า เอนไซม์ที่กำลังศึกษาได้แก่ TFP03 และ TFP06 มีคุณสมบัติในการย่อยพันธะเอสเทอร์ ซึ่งสามารถพบได้ในโมเลกุลพลาสติกประเภท PET อีกทั้ง TFP06 ที่ผ่านการสกัดให้บริสุทธิ์มีความสามารถในการย่อยฟิล์มพลาสติกประเภท PET ในสภาวะแวดล้อมอุณหภูมิและความเค็มที่หลากหลาย และดีที่สุดที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส ที่ความเค็มเกลือ NaCl 1M หลังบ่มครบ 72 ชั่วโมง ทั้งหมดนี้ ความรู้ที่ได้สามารถนำมาต่อยอดสู่การประยุกษ์ใช้เชิงอุตสาหกรรมและครัวเรือนเพื่อแก้ไขปัญหาขยะพลาสติกที่เกิดขึ้นในปัจจุบันและอนาคต