Группа исследователей Испанского национального исследовательского совета (CSIC) обнаружила, что слюна воскового червя разлагает пластик. Еще в 2017 году команда открыла, что этот вид червей (Galleria mellonella) способен разрушать полиэтилен, а теперь они выяснили, как членистоногие это делают: их слюна содержит ферменты, которые могут быстро вызвать разложение полиэтилена при комнатной температуре.
Эти ферменты являются первыми и единственными известными, способными разлагать пластик без предварительной обработки, считает Федерика Бертоккини, сотрудница CSIC, которая руководила исследованием. Результаты работы опубликованы в BioRxiv.
Полиэтилен — один из самых прочных и широко используемых пластиков. Вместе с полипропиленом и полистиролом он составляет 70% от общего объема производства.
Загрязнение пластиком представляет угрозу для здоровья и окружающей среды планеты, поэтому необходимо срочно найти решения проблемы пластиковых отходов. Одной из самых многообещающих областей исследований с наибольшим потенциалом является биологическая деградация пластмасс.
Несколько лет назад открылась новая область исследований, когда было обнаружено, что некоторые виды насекомых из отрядов чешуекрылых и жесткокрылых способны разлагать полиэтилен и полистирол.
«В нашей лаборатории мы обнаружили насекомое, которое кажется самым быстрым из всех: личинки чешуекрылых Galleria mellonella, широко известных как восковой червь», — говорит Бертоккини. «Эти личинки способны всего за час окислять и разрушать полимеры в пластике»
«В последние годы были предприняты усилия, чтобы выяснить, как насекомым удается это делать. Многочисленные исследования были сосредоточены на микроорганизмах, населяющих пищеварительную систему этих червей, исходя из предположения, что черви могут использовать пластик в качестве пищи и что его деградация будет результатом их метаболической активности и процессов пищеварения», — отмечает исследователь. «Но это предположение весьма сомнительно, поэтому с самого начала наши исследования были сосредоточены на ротовой полости червя», — объясняет она.
«Мы тщательно изучили поведение воскового червя, когда он вступает в контакт с полиэтиленом, и обнаружили, что ферменты, присутствующие в слюне червя (то есть жидкости во рту насекомого), могут разрушать полиэтилен», — говорит Бертоккини. «При контакте со слюной полимер окисляется и деполимеризуется в течение нескольких часов. Мы идентифицировали разложившиеся остатки, которые образуются в присутствии слюны червя», — говорит она.
Кроме того, исследователи проанализировали слюну с помощью электронной микроскопии и обнаружили высокое содержание белка. «Мы выделили из слюны два фермента, которые могут воспроизводить окисление, производимое слюной в целом», — объясняет исследователь. Эти два белка, названные Demetra и Ceres, принадлежат к семейству ферментов фенолоксидазы.
«Фермент «Деметра» оказывает существенное влияние на полиэтилен, небольшие кратеры на поверхности пластика. Фермент Цереры тоже окисляет полимер, но не оставляет видимых следов, что говорит о разном воздействии двух ферментов на полиэтилен», — резюмирует она.
Еще более интересный вопрос заключается в том, как восковые черви приобрели эту способность. Исследователи предполагают, что это могло быть связано с эволюционным процессом. Восковые черви питаются ульевым воском и пыльцой самых разных видов растений. Учитывая, что пчелиный воск полон фенолов, этот тип фермента был бы очень полезен для этих жуков. Однако пока эта теория является лишь предположением.