Где бы мы ни были и чем бы ни занимались, каждую секунду рядом находятся тысячи невидимых и удивительных живых организмов. Они могут вызывать опасные болезни растений, животных и человека, портить качество воды и пищи, разрушать строительные материалы. А могут, наоборот, помогать производить лекарства, повышать урожайность сельскохозяйственных культур и играть ключевую роль в пищевой промышленности.
Микроорганизмы встречаются повсюду: на вершинах гор и в глубинах океанов, могут выдерживать экстремально высокие и низкие температуры, жить в местах, где совсем нет кислорода, вырабатывать органические вещества из минералов горных пород. А ещё они, единственные из всего многообразия живых организмов, способны фиксировать азот из атмосферы и переводить его в усвояемые формы. Роль этих крошечных существ в поддержании жизни на планете огромна. Есть даже целые экосистемы, выживание которых полностью зависит от микроорганизмов.
Люди уже давно используют невероятные суперспособности микроорганизмов. Сейчас, когда во всём мире остро стоит проблема загрязнения окружающей среды, учёные снова придумали, как использовать этих невидимых глазом существ.
Бактерии, которые едят пластик. Исследователи давно пытаются найти способ борьбы с пластиковым загрязнением, особенно в Мировом океане. Есть много проектов, которые предлагают технические решения для вылавливания крупных фрагментов пластика из воды. Проблемой и главной опасностью остаётся микропластик. Он образуется под воздействием солей и солнечного излучения, когда крупные частицы плавают у поверхности воды. По сути это тот же самый пластик, чужеродный для живых организмов, но значительно меньших размеров (до 5 мм). Выловить его можно только фильтрацией, а это дорого и сложно осуществлять на огромных площадях морской акватории. По размеру такой пластик очень близок к планктону – микроскопическим организмам, которые стоят в начале пищевых цепей водных экосистем. Поэтому часто мелкие животные съедают микропластик, путая его с планктоном. Затем их поедают животные крупнее. Так происходит распространение и накопление микропластика в пищевых цепях. В итоге он попадает и в организм человека. Согласно докладу Всемирной Организации Здравоохранения 2019 года, количество частиц микропластика в пресных водоёмах составляет около 0,005 частиц на литр для Европы и около 5 частиц на литр для Китая. Согласно исследованиям американских учёных, в среднем человек съедает за год от 74 000 до 121 000 частиц микропластика. Недавняя статья National Geographic сообщает, что к 2040 году количество пластика в морях возрастет в три раза.
Решить эту проблему способны микроорганизмы. В зависимости от вида, они могут «есть» пластик разных типов и с нормальной скоростью. Например, японские учёные нашли штамм бактерий, способных перерабатывать ПЭТ. PET(E) или ПЭТ — полиэтилентерефталат, полимер, из которого обычно изготавливают бутылки с выпуклой точкой на дне (в них продают воду, газировку, молоко, масло), прозрачные флаконы для шампуней, одноразовые пищевые контейнеры. В системе маркировок этот материал обозначают цифрой 1, его можно сдать на переработку. Из бактерии Ideonella sakaiensis исследователи получили фермент, который отвечает за разложение пластика, и сейчас работают над повышением эффективности его воздействия. Двое американских учёных нашли в реке бактерии, которые переваривают пластмассу. Они рассказали о своей идее в TED и создали стартап BioCellection по переработке пластиковых отходов. Многие микробиологические лаборатории занимаются вопросами переработки пластиков, так что в скором времени можно ждать ещё больше хороших новостей.
Микроорганизмы против разливов нефти. Нефтеразлагающие бактерии изучают уже больше 50 лет. В основном исследования сосредоточены на областях тёплого климата, где микроорганизмов довольно много. Например, в 2010 году при разливе нефти в Мексиканском заливе бактерии сыграли ключевую роль в избавлении от загрязнения. В холодных районах бактерий значительно меньше, а их метаболизм и скорость размножения сильно замедлены. Тем не менее для северных широт важно гарантировать возможность быстро и эффективно ликвидировать возможные разливы нефти, потому что экосистемы Арктики очень хрупкие и плохо восстанавливаются. Микробиологи из МГУ нашли решение для этой проблемы.
На биологическом факультете выделили сто микроорганизмов, которые разлагают нефть при низких (и даже отрицательных) температурах. Также учёные разработали биопрепарат, состоящий из бактерий и питательного субстрата. Его выпускают в специальных плавающих гранулах, внутри которых находятся бактерии и еда для них, а снаружи — парафин. Внешняя оболочка защищает бактерии от воды и растворяется при контакте с пятном нефти. В случае разлива гранулы выбрасывают в воду, и они плывут по течению за пятном, пока не догонят его.
Микроорганизмы помогают получать энергию. Свалки традиционно воспринимают как место, отравляющее окружающую среду, занимающее территорию и вряд ли способное быть источником чего-то полезного. Оказывается, при правильной организации полигонов и помощи бактерий отходы могут стать источником электроэнергии. При разложении органических отходов микроорганизмы выделяют биогаз. Он состоит в основном из метана (50—87%), а также содержит углекислый газ и незначительные примеси водорода и сероводорода. Полученный метан можно сжигать с получением энергии. Биогаз уже широко применяют в Европе для получения электричества, отопления и в качестве топлива для автомобилей. По теплотворной способности 1 м³ биогаза эквивалентен в среднем 0,6 дм³ керосина или 1,5 кг угля и обеспечивает выработку 2 кВч электроэнергии.
Уже сейчас с помощью микроорганизмов удалось добиться значительных успехов в борьбе с источниками загрязнения окружающей среды. С каждым годом всё больше исследователей начинают интересоваться скрытым потенциалом этих удивительных организмов и возможностями их применения. Кто знает, о каких ещё суперсилах бактерий мы узнаем через несколько лет?
Адиля Шакирова
