Mikrobiyal hücre tabanlı ve hücre dışı PET degradasyonsistemlerinin geliştirilmesi ve karşılaştırılmalı analizi

Plastikler, çok yönlü kullanım alanları ve düşük üretim maliyetleri nedeniyle modern endüstride yaygın olarak kullanılmakta olup, PET özellikle tek kullanımlık ambalajlarda en sık tercih edilen polimerlerden biridir. Çevrede biriken PET atıklarının biyolojik olarak parçalanabilmesi için ester bağlarını hidrolize eden mikroorganizmalar giderek daha fazla tanımlanmaktadır. Bu çalışmada, çevreye yaygın şekilde dağılan ve doğada zor parçalanan polietilen tereftalat (PET) atıklarının biyolojik yollarla parçalanabilirliğini değerlendirmek amacıyla hem hücre tabanlı hem de hücresiz (cell-free) sistem kullanılmıştır. Çalışmanın temel amacı, farklı sistemlerdeki PET degradasyon verimlerini karşılaştırmak ve elde edilen ürünleri kantitatif ve kalitatif olarak analiz ederek sistemlerin etkinliğini moleküler düzeyde ortaya koymaktır. Deneylerde yüksek kristaliniteye sahip (% >30) 5 mg PET kullanılmış, hücreli sistemde 48 saat sonunda %1,29'luk bir degradasyon oranı ile yaklaşık 0,333 mM TPA ve 0,0007 mM EG üretimi gözlemlenmiştir. Hücresiz sistemde ise aynı miktardaki PET, 24 saatlik sürede %5,39 oranında parçalanmış; 1,199 mM TPA ve 0,0042 mM EG üretimi tespit edilmiştir. HPLC analizleri ve HOTP floresan sonuçları TPA oluşumunu doğrularken, SEM görüntüleri özellikle hücresiz sistemde PET yüzeyinde belirgin morfolojik bozulmalar olduğunu göstermiştir. İstatistiksel analizler, iki sistem arasında elde edilen ürün miktarlarında anlamlı farklılıklar olduğunu ortaya koymuş (p<0,05) ve hücresiz sistemin verimliliği yaklaşık 4,2 kat daha yüksek bulunmuştur. Bu fark, hücresiz sistemde enzimlerin doğrudan ve daha kontrollü bir ortamda çalışabilmesi, metabolik yan etkilerden arındırılmış bir sistem kullanılması ve ortam koşullarının daha hassas şekilde optimize edilebilmesiyle ilişkilendirilmiştir. Elde edilen bulgular, cell-free sistemlerin PET biyobozunumu açısından daha yüksek verim ve hız sunduğunu göstermiştir. Bu durum, enzimlerin inhibitör etkilerden uzak, daha kontrol edilebilir koşullarda çalışabilmesiyle doğrudan ilişkilidir. Öte yandan hücreli sistemlerin avantajı uzun süreli enzim üretimi potansiyeline sahip olmaları olsa da, hücresel metabolizmanın oluşturduğu kısıtlamalar nedeniyle bu sistemlerde degradasyon etkinliği sınırlı kalmıştır. Çalışma genelinde elde edilen veriler, cell-free platformların plastik atıkların biyolojik dönüşümünde ileri düzeyde mühendislik yaklaşımlarıyla daha da geliştirilerek endüstriyel ölçekte uygulanabilirliğe ulaşabileceğini ortaya koymaktadır. Bu bağlamda, sürdürülebilir plastik geri dönüşümüne katkı sağlamak amacıyla cell-free sistemlerin daha detaylı araştırılması ve optimizasyonuna yönelik çalışmaların artırılması gerekmektedir.