Пожиратели пластика: уничтожением загрязнителей займутся бактерии и моль
Из-за вопиющей неэффективности традиционных систем утилизации отходов многие ученые обращаются к природе в поисках инновационных решений проблемы пластиковых загрязнений. Одним из перспективных направлений является микробная деградация: использование природных способностей некоторых бактерий и грибов разлагать пластик способами, недоступными для современных промышленных технологий.
Эти микроорганизмы вырабатывают специализированные ферменты, способные разрывать длинные, богатые углеродом цепи молекул, образующие основу полимеров. Получающиеся простые органические вещества перерабатываются в клетках, обеспечивая их энергией. Грубо говоря, микробы и грибы с удовольствием питаются пластиком.
В поисках таких микроорганизмов ученые традиционно сосредоточивались на средах, загрязненных пластиком, таких как свалки и почва. Это логичная отправная точка, поскольку длительное воздействие синтетических полимеров может стимулировать рост организмов, способных использовать эти материалы в качестве источника пищи. Тенденция также наблюдается в отношении других загрязнителей окружающей среды, включая нефть и пестициды.
Этот подход привел к открытию нескольких перспективных микроорганизмов, способных перерабатывать пластик. Среди наиболее известных примеров — Ideonella sakaiensis, бактерия, обнаруженная вблизи завода по переработке ПЭТ-бутылок в Японии.
Микроб способен полностью разложить полиэтилентерефталат (ПЭТ) — материал, наиболее часто используемый в пищевой упаковке. Он разлагает его на экологически безопасные строительные блоки. Такие отходы затем могут быть использованы в пищу I. sakaiensis и другими организмами.
Однако выяснилось, что микробы, разлагающие пластик, не развили эту способность в ответ на антропогенное загрязнение. Ученые открывают и переосмысливают метаболические функции, уже существующие в природе. Способность микробов разлагать рукотворные полимеры существовала задолго до их получения.
Многие микроорганизмы уже обладают способностью «уничтожать» природные полимеры, такие как целлюлоза (растительные волокна), хитин (содержится в грибах и покрове насекомых) и кутин (присутствует на поверхности листьев). Эти природные материалы имеют структурное и химическое сходство с синтетическими пластиками. Это сходство позволяет микробам перепрофилировать существующие ферменты для работы с синтетическими веществами.
Недавнее исследование команды ученых, опубликованное в журнале Polymer Degradation and Stability, подтверждает эту идею. В незагрязненных средах, богатых природными полимерами (торфяное болото и бытовой компост), они идентифицировали два штамма бактерий Gordonia и Arthrobacter, которые разлагали полипропилен и полистирол почти на 23% и 19,5% соответственно всего за 28 дней. Важно отметить, что это происходило без какой-либо предварительной обработки, которая часто необходима, чтобы сделать пластик более восприимчивым к микробному воздействию.
Хотя эти цифры могут показаться скромными, они являются одними из самых высоких показателей биодеградации, когда-либо зафиксированных для этих материалов. Людям не обязательно ограничиваться уже загрязненными территориями. Вполне возможно, что они смогут найти микробов с отличным потенциалом для разложения пластика где угодно.
Это согласуется с результатами другого любопытного исследования, показывающего, что личинки восковой моли (Galleria mellonella) могут питаться пластиковыми пакетами благодаря специфической микрофлоре кишечника. В природе восковая моль не потребляет пластик, они является неприятными вредителем в пчелиных ульях, где питается сотами. Однако по своей структуре соты похожи на полиэтилен. Кстати, засушенная личинка восковой моли обладает лечебным эффектом, так что это насекомое — не только вредитель, а с учетом его готовности есть пластик — и подавно.
Тонете в пластике?
Продемонстрированные достижения в области биодеградации отходов воодушевляют и вдохновляют экологов, показывая, как природа может великодушно предложить своим «царям» инструменты для решения созданной ими же проблемы.
Пластик — один из самых распространенных материалов на Земле. Легкий, прочный, недорогой в производстве и невероятно универсальный, он проникает практически во все аспекты современной жизни. В критически важных областях, таких как медицинские приборы и оборудование, его присутствие не просто удобно, но и необходимо. От него часто зависят жизни.
Но химическая стойкость и долговечность пластмассы играет с нами злую шутку. Большинство видов синтетических полимеров не подвержено быстрому биоразложению, они накапливаются в природной среде, постепенно распадаясь на микропластик, способный сохраняться веками. Это создает долгосрочную угрозу природе и здоровью человека.
Мировое производство пластика превышает 460 миллионов тонн в год. По оценкам, до половины этого объема составляют одноразовые изделия, которые часто используются всего несколько минут, а затем выбрасываются.
Хотя добросовестные пользователи предприятий по переработке могут предположить, что большая часть нашего пластика действительно перерабатывается, реальность отрезвляет: глобальный уровень переработки пластика составляет всего 9%. Оставшиеся 91% создают планетарную бомбу замедленного действия. Примерно половина попадает на свалки, пятая часть сжигается, а еще пятая часть утилизируется неправильно, не перерабатываясь, не сжигаясь и не обеспечивая надежной изоляции. Отходы попадают в почву, пресноводные водоемы, моря и океаны. Результат — планета тонет в синтетических отходах.
Потребность в инновационных и устойчивых решениях становится все более острой. Но попытки ООН по глобальному соглашению о пластике, направленные на создание более циклической экономики и прекращение такого загрязнения к 2040 году, пока почти безрезультатны. Исследование биодеградационных возможностей микроорганизмов идет медленнее чем хотелось бы, хотя определенный прогресс в этой области есть. Открытие ферментов и достижения в области микробной инженерии, экологической микробиологии прокладывают путь к созданию более эффективных и масштабируемых систем биодеградации синтетических полимеров.
Недавно ученые обнаружили привыкание к пище с микропластиком у крошечных нематод.
