Грибок и кальций ускоряют разложение биопластика в почве
Почвенный грибок Purpureocillium lilacinum BA1S в сочетании с ионами кальция и слабощелочной средой значительно ускоряет разложение биоразлагаемого пластика PBAT, что открывает более экологичный путь утилизации сельскохозяйственных и упаковочных отходов.
Биоразлагаемые пластики, такие как поли(бутиленадипат-ко-терефталат) (PBAT), часто позиционируются как экологичная альтернатива обычным пластикам. Однако в реальных почвенных или компостных условиях PBAT может разлагаться месяцы или даже годы.
Чтобы решить эту проблему, лаборатория профессора Чи-Те Лю из Института биотехнологии Национального тайваньского университета (NTU) в сотрудничестве с другими учёными исследовала, как факторы окружающей среды могут усилить способность почвенных грибков разрушать этот стойкий материал. Исследование опубликовано в Journal of Hazardous Materials.
Команда сосредоточилась на штамме грибка Purpureocillium lilacinum BA1S, ранее выделенном аспирантом Вэй-Сун Цзэном с сельхозугодий Тайваня. Этот грибок известен производством ферментов, способных разлагать сложные полимеры. Вместо генной модификации грибка или дорогих химических добавок исследователи протестировали простой подход — корректировку pH среды и добавление солей кальция.
Они обнаружили, что сочетание слабощелочных условий (pH 7.5) с ионами кальция значительно ускоряет деградацию PBAT. В этих оптимизированных условиях грибок разложил более половины пластиковой плёнки — около 55% по потере веса — всего за две недели.
С помощью микроскопии и спектроскопии исследователи подтвердили, что обработка грибком вызывает глубокую поверхностную эрозию и химические изменения пластика. Транскриптомный и сетевой анализ генов показал, что у грибка активировались гены, связанные с производством биосурфактантов, мембранным транспортом и деградацией белков, в то время как гены базового энергетического метаболизма были подавлены. Это указывает на переориентацию метаболизма грибка на расщепление и поглощение фрагментов пластика.
Биохимические тесты также показали, что ионы кальция не только способствуют секреции ферментов, но и повышают стабильность ключевого разрушающего фермента — кутиназы PlCut. В лабораторных тестах кальций улучшил термостабильность PlCut и снизил её термическую инактивацию, позволив ферменту работать дольше и эффективнее.
Это исследование проливает новый свет на то, как условия окружающей среды могут усилить микробную деградацию биоразлагаемых пластиков. Оно также демонстрирует, что тонкая настройка естественных факторов, таких как pH и доступность минералов, может быть простым, недорогим и устойчивым способом улучшить биодеградацию пластика в почве и компостных системах.
«Показав, что простая корректировка pH и доступности кальция может активировать полный деградационный потенциал грибка, наша работа открывает новые возможности для более экологичного управления отходами и применения в экономике замкнутого цикла», — говорит профессор Чи-Те Лю, автор-корреспондент исследования.