Nghiên cứu về vi sinh vật trong đất rừng tại Đại học Konstanz, Đức, đã tìm thấy một enzyme có khả năng phân giải một số polyester và đồng thời tác động lên kháng sinh nhóm beta-lactam. Kết quả không có nghĩa mọi loại nhựa đều dễ phân hủy.
Theo bài viết của SecretChina, nhựa có thể tồn tại lâu trong môi trường rồi vỡ thành vi nhựa, thậm chí nhựa nano. Phát hiện lần này xuất phát từ việc nghiên cứu xem cộng đồng vi sinh vật trong đất rừng có thể phân hủy hoàn toàn một loại nhựa sinh học hay không.
Enzyme có trung tâm hoạt động khá mở, có thể tiếp cận những chuỗi phân tử lớn. Hình dạng này gợi nhóm nghiên cứu liên tưởng đến nhân vật há miệng ăn các vật thể trong trò chơi Pac-Man, nên họ gọi nó là “enzyme Pac-Man”.
Một năm theo dõi nhựa trong đất rừng
Harry Lerner, David Schleheck và các đồng nghiệp nghiên cứu polyester mạch dài béo, viết tắt LCAP, tại khu rừng trong vườn thực vật của Đại học Konstanz. Họ chôn những mảnh màng nhựa sinh học dưới lớp mùn phía trên của đất, ở độ sâu 10 cm.
Vị trí này được lựa chọn vì các polymer tự nhiên như cellulose và lớp cutin của thực vật vốn phân hủy tại đây. Nhóm muốn quan sát nhựa sinh học thay đổi thế nào trong cùng môi trường.
Song song với thử nghiệm ngoài rừng, họ trộn bột nhựa sinh học vào những mẫu đất tương tự trong phòng thí nghiệm, theo dõi suốt một năm và đo lượng carbon dioxide tạo ra. Vi sinh vật giải phóng carbon dioxide trong quá trình hô hấp, nên dữ liệu này giúp đánh giá chúng có tiêu thụ vật liệu hay không.
Kết quả khác nhau rõ rệt giữa các vật liệu. LCAP, PHBV và PCL phân hủy hoàn toàn trong khoảng 250–330 ngày; cellulose phân hủy sau khoảng 80 ngày. Trong khi đó, polyethylene mật độ cao, hay HDPE, gần như không phân hủy. Kết quả cho thấy một số vi sinh vật trong đất rừng có thể xử lý những loại nhựa nhất định.
Những lỗ nhỏ trên màng nhựa
Sau một năm, nhóm thu hồi màng LCAP và quan sát bề mặt bằng kính hiển vi điện tử. Họ thấy nhiều lỗ ở kích thước micromet, có hình dạng và kích thước tương đương một tế bào vi khuẩn.
Từ đó, nhóm đặt giả thuyết rằng enzyme phân giải nhựa có thể gắn trên bề mặt tế bào. Khi enzyme tiếp xúc trực tiếp với vật liệu và phân giải nó, vi khuẩn có thể để lại những lỗ nhỏ trên màng. Đây là cách giải thích được nhóm nghiên cứu đề xuất.
Để tìm enzyme liên quan, họ trích xuất và giải trình tự DNA của cộng đồng vi sinh vật trong đất rừng. Một gene mã hóa esterase nổi lên vì được làm giàu mạnh trong đất có LCAP.
Enzyme mang tín hiệu hướng nó ra bên ngoài tế bào và cấu trúc neo lipid có thể gắn nó vào màng. Vị trí này phù hợp với khả năng tiếp xúc vật liệu ở ngoài tế bào. Nghiên cứu gốc gọi enzyme là LCPH1 và mô tả việc gắn màng là khả năng được suy luận từ cấu trúc, không phải đặc điểm đã trực tiếp xác nhận đầy đủ.
Hai hoạt tính trong cùng một enzyme
Enzyme mới không chỉ có đặc trưng của esterase mà còn có cấu trúc tương tự beta-lactamase. Beta-lactamase là nhóm enzyme của vi khuẩn có thể phá vỡ vòng beta-lactam trong một số kháng sinh, chẳng hạn penicillin, và liên quan đến hiện tượng kháng thuốc.
Thử nghiệm cho thấy enzyme có thể phân giải polyester thành các đơn vị phân tử cơ bản, gọi là monomer. Nó cũng có thể tác động lên penicillin. Khả năng hoạt động trên hai nhóm chất khác nhau là điểm được nhóm nghiên cứu chú ý.
Nhóm sử dụng AlphaFold3 để dựng mô hình cấu trúc enzyme, rồi mô phỏng cách PCL, LCAP và kháng sinh ampicillin gắn với trung tâm hoạt động. Mô hình cho thấy trung tâm này khá mở và có thể chứa các chuỗi phân tử lớn, làm nảy sinh tên gọi Pac-Man.
Tuy vậy, khả năng phân giải phụ thuộc vật liệu và điều kiện thử nghiệm. HDPE gần như không thay đổi trong nghiên cứu, trong khi những nhựa sinh học được thử có thể phân hủy dần. Phát hiện đáng chú ý là vi sinh vật tự nhiên có enzyme hoạt động trên một số polyester, chứ không phải một giải pháp đã chứng minh có thể xử lý tất cả nhựa thải.
Nhựa vào môi trường có thể được vi sinh vật bám trên bề mặt, tạo thành màng sinh học và môi trường sống được gọi là “plastisphere”. Vi sinh vật bám lên nhựa không đồng nghĩa chúng có khả năng phân giải nhựa thực sự.
Nguồn: SecretChina, ngày 9/10/2026; đối chiếu Harry Lerner và các đồng tác giả, The ISME Journal, công bố ngày 2/9/2026. Bài giới thiệu kết quả nghiên cứu, chưa phải ứng dụng xử lý rác thải đã triển khai.