[Перевод] Микробы по всему миру эволюционируют, чтобы поедать пластик
Микробы в океанах и в почвах быстро развиваются, чтобы поедать пластик, в особенности ПЭТ и полиуретан. В ходе большого исследования ученые изучили 200 миллионов генов, обнаруженных в образцах ДНК, взятых из окружающей среды, и нашли 30 000 новых ферментов, которые могут разрушать 10 различных типов пластика. С их помощью ученые надеются создать «супер-микроба», способного справиться с проблемой в одиночку.
Исследование было опубликовано в журнале Microbial Ecology исследователями из Технологического университета Чалмерса в Швеции. Это первый крупномасштабный анализ способностей микробов и бактерий разлагать пластик. Ученые обнаружили, что каждый четвертый из проанализированных организмов теперь содержит один или несколько подходящих ферментов. Количество и тип обнаруженных ферментов соответствовали количеству и типу пластикового загрязнения в местах, где жили микробы.
По словам ученых, результаты «свидетельствуют об измеримом влиянии пластикового загрязнения на глобальную микробную экологию».
Ежегодно в окружающую среду выбрасывается 300 млн тонн пластика. И теперь загрязнение пронизывает всю нашу планету, от самых высоких гор до глубин океанов. Знакомые пластиковые пакеты уже можно найти даже в Марианской впадине, а на вершине Эвереста ученые нашли в среднем 30 микропластических частиц на каждый литр растопленного снега. Уменьшение количества микропластика в природе для людей имеет жизненно важное значение — мы просто не эволюционировали, чтобы жить в такой среде.
Но пластмассы сейчас очень трудно переработать. Использование естественных ферментов для быстрого разложения позволит быстро устранить проблему. Достаточно создать одного «мега-микроба», который мог бы питаться всем попадающимся ему пластиком, и быстро размножаться. Новое исследование предлагает множество потенциальных ферментов, которые можно изучить и адаптировать для промышленного использования.
Профессор Алексей Зелезняк, один из авторов исследования, в публикации рассказывает:
Мы нашли несколько доказательств, подтверждающих тот факт, что потенциал глобального микробиома по разложению пластика сильно коррелирует с объемами загрязнения окружающей среды пластмассой. Это является важной демонстрацией того, что окружающая среда реагирует на то давление, которое мы оказываем на нее.
Ученые говорят, что постепенный рост объемов пластиковых отходов с 2 до 300 млн тонн в год за последние 70 лет дал микробам достаточно времени, чтобы развиться. Исследователи начали со сбора данных о 95 микробных ферментах, которые, как уже ранее было известно, разлагают пластик, и которые часто можно найти у бактерий на свалках. Потом они стали искать похожие по характеристикам ферменты в образцах ДНК из 236 мест по всему миру. И, чтобы исключить возможные ложноположительные результаты, сравнивали эти образцы с ферментами из кишечника человека — который, как известно, не содержит ферментов, разлагающих пластик (а жаль — вот было бы удобно!).
В итоге в пробах океана, взятых в 67 местах и на трех разных глубинах, обнаружили около 12000 новых ферментов. Причём в более глубоких местах стабильно находили большее количество разрушающих ферментов. И это логично: ученые уже давно знали, что на глубине уровень пластикового загрязнения даже выше, чем на поверхности — по крайней мере, если сравнивать с весом присутствующей биомассы. Микробам просто нечем толком питаться, и они решают попробовать переработать пластик.
Образцы почвы были взяты из 169 мест в 38 странах. В них нашли 18 000 ферментов, способных разлагать пластик. Известно, что на земле находится больше пластика с фталатными добавками, чем в океанах, и, опять же, в образцах с суши было найдено больше ферментов, способных перерабатывать эти токсичные химические вещества.
Ученые заявили, что почти 60% новых ферментов не вписываются ни в один из ранее известных классов. И поэтому предположили, что микробы сейчас разлагают пластмассы способами, которые ранее были неизвестны науке.
Алексей Зелезняк:
Следующим шагом будет тестирование наиболее многообещающих кандидатов-энзимов в лаборатории, чтобы тщательно изучить их свойства и проверить скорость разложения пластика, которой они могут достичь. Оттуда мы попробуем создавать микробные сообщества, целевой функцией которых станет разложение определенных типов полимеров.
Вот как это выглядит на микроуровне
Помочь нам сражаться с пластиковым загрязнением пытаются уже не только микробы. Так, полиэтилен научились кушать восковые черви. А в 2016 году на свалке в Японии обнаружили первого жука, который при желании мог питаться пластиковыми бутылками. В 2018-м ученые стали исследовать его, пытаясь разобраться, как он эволюционировал, и случайно выделили фермент, который еще лучше справлялся с поеданием пластика. В 2020 году его дополнительно улучшили в лаборатории, так что теперь он умеет разрушать бутылки в 6 раз быстрее, примерно за неделю.
Еще один фермент-мутант создала в 2020 году компания Carbios. Он за считанные часы разлагает пластиковые бутылки и любые другие продукты из ПЭТ (одежду, пищевые пленки, кино- и фотопленки). А немецкие ученые в этом году обнаружили бактерию, которая питается токсичным полиуретаном (подошвы обуви, втулки, ролики, матрасы, защитные покрытия). К сожалению, сроки разложения оставляют желать лучшего, на каждую частицу уходят недели. Но по крайней мере теперь понятно, что это возможно, и что у этого направления есть перспектива. Возможно, нашим детям не придется жить в мире, полном пластиковых отходов.
