Бактерии, поедающие пластик, могут произвести революцию в переработке

Ежегодно производится более 300 млн тонн пластика для упаковки, одежды и других целей. Его долговечность — преимущество при использовании, но после утилизации пластик сохраняется в окружающей среде, загрязняя сушу и океаны. Теперь в очистке от этих отходов могут помочь бактерии, обнаруженные в иле центра переработки и медленно «поедающие» выброшенные бутылки.

Пластики — это полимеры, длинные молекулы из повторяющихся мономерных звеньев, сшитые в прочную сетку. Большинство пластиков состоят из углеродных мономеров, что теоретически делает их хорошим источником пищи для микроорганизмов.

Однако, в отличие от природных полимеров (например, целлюлозы в растениях), пластики, как правило, не поддаются биологическому разложению. Бактерии и грибы эволюционировали вместе с природными материалами, разрабатывая биохимические методы использования ресурсов из отмершей материи. Но пластики существуют всего около 70 лет, поэтому у микроорганизмов не было достаточно времени, чтобы развить необходимый биохимический инструментарий для закрепления на пластиковых волокнах, их расщепления на составные части и использования полученных химических веществ в качестве источника энергии и углерода для роста.

Инновация в области ферментов

Команда из Университета Киото, изучая отходы, обнаружила микроорганизм, поедающий пластик. После пяти лет поисков и анализа 250 образцов они выделили бактерию, способную жить на полиэтилентерефталате (ПЭТ) — распространённом пластике для бутылок и одежды. Новый вид бактерий назвали Ideonella sakaiensis.

Это открытие отличается от предыдущих сообщений о пластикоядных микробах. Во-первых, ранее сообщалось о трудно культивируемых грибах, тогда как этот микроорганизм легко выращивается. Исследователи оставили ПЭТ в тёплой ёмкости с бактериальной культурой и питательными веществами, и через несколько недель весь пластик исчез.

Во-вторых, и это ключевая инновация, команда идентифицировала ферменты, которые Ideonella sakaiensis использует для расщепления ПЭТ. Все живые существа содержат ферменты для ускорения необходимых химических реакций. Некоторые ферменты помогают переваривать пищу, разбирая её на полезные строительные блоки. Без необходимых ферментов организм не может получить доступ к определённым источникам пищи.

Ideonella sakaiensis, по-видимому, развила эффективный фермент, который бактерия производит в среде, богатой ПЭТ. Исследователи из Киото определили ген в ДНК бактерии, ответственный за фермент, переваривающий ПЭТ. Затем они смогли произвести больше этого фермента и продемонстрировать, что ПЭТ можно расщепить с помощью одного только фермента.

Первая настоящая переработка

Это открывает совершенно новый подход к переработке и обеззараживанию пластика. В настоящее время большинство пластиковых бутылок не перерабатываются по-настоящему. Вместо этого их плавят и преобразуют в другие твёрдые пластиковые изделия. Упаковочные компании обычно предпочитают свежепроизведённые «первичные» пластики, созданные из химического сырья, обычно получаемого из нефти.

Ферменты, переваривающие ПЭТ, предлагают способ по-настоящему перерабатывать пластик. Их можно добавлять в резервуары с отходами, расщепляя все бутылки или другие пластиковые предметы на легко обрабатываемые химические вещества. Затем их можно использовать для производства нового пластика, создавая настоящую систему рециклинга.

Промышленные ферменты уже эффективно используются в широком спектре повседневных товаров. Биологические стиральные порошки содержат ферменты, переваривающие жирные пятна. Ферменты, известные как сычужный фермент, используемые для затвердевания сыра, когда-то получали из кишечника телят, но теперь их производят с помощью генетически модифицированных бактерий. Возможно, теперь мы сможем использовать аналогичный производственный метод, чтобы очистить наши отходы.