Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Bên dưới bề mặt đại dương, vi khuẩn đã tiến hóa các enzyme chuyên biệt có thể tiêu hóa nhựa PET (polyethylene terephthalate), vật liệu được sử dụng để sản xuất chai lọ và quần áo. Các nhà nghiên cứu tại KAUST đã phát hiện rằng một dấu hiệu phân tử độc đáo chính là đặc điểm để phân biệt các enzyme có thể phân hủy nhựa một cách hiệu quả. Được tìm thấy trong gần 80% mẫu nước biển, các biến thể PETase này cho thấy sự thích nghi ngày càng tăng của tự nhiên đối với ô nhiễm của con người. Vi khuẩn ăn nhựa là minh chứng cho khả năng thích nghi của tự nhiên, nhưng để giải quyết khủng hoảng rác thải nhựa, cần kết hợp công nghệ enzyme cải tiến với hệ thống tái chế hiện đại.

 

 
Sâu thẳm bên dưới bề mặt đại dương, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy vi khuẩn có thể tiêu hóa nhựa, sử dụng các enzyme chuyên biệt tiến hóa cùng với các mảnh vụn tổng hợp (nhân tạo) của con người.

Một nghiên cứu quy mô toàn cầu của các nhà khoa học tại KAUST (Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah) tiết lộ rằng những vi khuẩn biển này phổ biến và được chuẩn bị về mặt di truyền để tiêu thụ PET - loại nhựa cứng được sử dụng trong các vật dụng hàng ngày như chai nước uống và vải.

Khả năng đáng chú ý của chúng bắt nguồn từ một đặc điểm cấu trúc riêng biệt trên một loại enzyme phân hủy nhựa được gọi là PETase. Tính năng này, được gọi là motif M5, hoạt động như một dấu hiệu phân tử báo hiệu khi nào một enzyme thực sự có thể phá vỡ PET.

"Motif M5 hoạt động giống như một dấu vân tay cho chúng ta biết khi nào PETase có khả năng hoạt động, có thể phân hủy nhựa PET", Carlos Duarte, một nhà sinh thái học biển và đồng lãnh đạo nghiên cứu, giải thích. "Việc phát hiện ra nó giúp chúng ta hiểu cách các enzyme này đã tiến hóa từ các enzyme phân hủy hydrocarbon khác", ông nói. "Trong đại dương, nơi khan hiếm carbon, vi khuẩn dường như đã tinh chỉnh các enzyme này để sử dụng nguồn carbon nhân tạo, mới mẻ này: nhựa".   
 
Các nhà tái chế tự nhiên đã phát triển như thế nào
 
Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học tin rằng PET gần như không thể phân hủy tự nhiên. Niềm tin đó bắt đầu thay đổi vào năm 2016, khi một loại vi khuẩn được phát hiện trong một nhà máy tái chế của Nhật Bản được phát hiện có thể tồn tại bằng cách tiêu thụ rác thải nhựa. Nó đã phát triển một enzyme PETase có khả năng tháo dỡ các polyme nhựa thành các khối cấu tạo cơ bản của chúng.

Tuy nhiên, vẫn chưa rõ liệu các vi khuẩn đại dương có phát triển các enzyme tương tự một cách độc lập hay không.

Sử dụng kết hợp mô hình trí tuệ nhân tạo, sàng lọc di truyền và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, Duarte và nhóm của ông đã xác nhận rằng motif M5 phân biệt các enzyme phân hủy PET thực sự với các enzyme trông giống nhau không hoạt động. Trong các thí nghiệm, vi khuẩn biển mang motif M5 hoàn chỉnh đã phá vỡ các mẫu PET một cách hiệu quả. Bản đồ hoạt động di truyền cho thấy các gen M5-PETase hoạt động mạnh trên khắp các đại dương, đặc biệt là ở những khu vực bị ô nhiễm nhựa nặng.
 
Sự lây lan toàn cầu của vi khuẩn ăn nhựa
 
Để hiểu mức độ phổ biến của các enzyme này, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra hơn 400 mẫu đại dương được thu thập từ khắp nơi trên thế giới. Các PETase chức năng có chứa motif M5 xuất hiện trong gần 80% vùng nước được thử nghiệm, trải dài từ các xoáy nước bề mặt chứa đầy mảnh vụn trôi nổi cho đến độ sâu gần hai kilômét bên dưới, nơi nghèo chất dinh dưỡng.

Ở biển sâu, khả năng này có thể mang lại cho vi khuẩn một lợi thế quan trọng. Intikhab Alam, một nhà nghiên cứu tin sinh học cao cấp và đồng lãnh đạo nghiên cứu lưu ý rằng khả năng ăn carbon tổng hợp có thể mang lại lợi thế sống sót cực kỳ quan trọng.

Khám phá này làm nổi bật phản ứng tiến hóa ngày càng tăng: vi sinh vật đang thích nghi với ô nhiễm của con người trên quy mô hành tinh.

Mặc dù sự thích nghi này cho thấy khả năng phục hồi của tự nhiên, Duarte cảnh báo không nên lạc quan. "Vào thời điểm nhựa đến được biển sâu, những rủi ro đối với sinh vật biển và người tiêu dùng đã xảy ra", ông cảnh báo. Quá trình phân hủy của vi sinh vật quá chậm để bù đắp cho dòng chất thải nhựa khổng lồ đổ vào đại dương mỗi năm.
 
Biến khám phá thành giải pháp trong thế giới thực
 
Tuy nhiên, trên đất liền, những phát hiện này có thể đẩy nhanh tiến trình hướng tới hoạt động tái chế bền vững. Duarte nói: "Phạm vi các enzyme phân hủy PET tự phát triển ở biển sâu cung cấp các mô hình được tối ưu hóa trong phòng thí nghiệm để sử dụng trong việc phân hủy nhựa hiệu quả trong các nhà máy xử lý và cuối cùng là ở nhà.

Việc xác định mô típ M5 cung cấp một lộ trình để thiết kế các enzyme nhanh hơn, hiệu quả hơn. Nó tiết lộ các đặc điểm cấu trúc hoạt động trong điều kiện môi trường thực tế chứ không chỉ trong ống nghiệm. Nếu các nhà khoa học có thể tái tạo và tăng cường các cơ chế tự nhiên này, cuộc chiến chống ô nhiễm nhựa của nhân loại có thể tìm thấy những đồng minh mới mạnh mẽ ở một trong những nơi bất ngờ nhất hành tinh: đại dương sâu.
 
Tham khảo: Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Khoa học & Công nghệ King Abdullah (KAUST). Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về dịnh dạng và độ dài. 
Tài liệu tham khảo:Intikhab Alam, Ramona Marasco, Afaque A Momin, Nojood Aalismail, Elisa Laiolo, Cecilia Martin, Isabel Sanz-Sáez, Begoña Baltá Foix, Elisabet L Sá, Allan Kamau, Francisco J Guzmán-Vega, Tahira Jamil, Silvia G Acinas, Josep M Gasol, Takashi Gojobori, Susana Agusti, Daniele Daffonchio, Stefan T Arold, Carlos M Duarte. Widespread distribution of bacteria containing PETases with a functional motif across global oceans. The ISME Journal, 2025; 19 (1) DOI: 10.1093/ismejo/wraf121.
Source:
King Abdullah University of Science & Technology (KAUST). (2025, November 4). Plastic-eating bacteria discovered in the ocean. ScienceDaily. Retrieved November 16, 2025 from www.sciencedaily.com/releases/2025/11/251104013023.htm.