966 подписчиков

Бактерии против пластика

2 марта 20232 мар 2023

6 мин

Оглавление

Поедатели пластика
Истории вопроса уже 30 лет
Бактерии против нефти

Микропластик в снегу Эвереста и на дне Марианской впадины — не самые пугающие находки исследователей. Частицы микропластика были обнаружены в желудках птиц и млекопитаюищх, в телах морских обитателей, в соли, тканях лёгких человека и даже в образцах крови людей. Пластик в океане оказывается базой для целых экосистем, получивших название «пластисфера». А масса пластикового пятная в Тихом океане, по подсчётам учёных, составляет 79 тысяч тонн. Складывается впечатление, что в какой-то момент пластик поглотит планету.

Как решить проблему? Однозначного ответа на этот вопрос у учёных не существует, но некоторые наработки уже есть.

Поедатели пластика

Некоторое время назад учёные из Нидерландов опубликовали результаты исследования способности бактерий Rhodococcus ruber поглощать и перерабатывать пластик. В комфортных условиях лаборатории исследователи создали раствор, имитирующий морскую воду, и добавили изготовленный специально для эксперимента полимер с тяжёлым углеродом-13. Пластик обработали ультрафиолетом, как если бы он плавал в море под солнечными лучами, а затем скормили его бактериям.

Жесткое излучение в данном случае является ключевым компонентом. Ультрафиолет разрушает микро- и нанопластик до размеров, доступных микроорганизмам для поглощения. Только в таком случае полимеры могут быть переработаны.

А вот изготавливать особый вид полиэтилена понадобилось не для того, чтобы упростить задачу бактериям, а чтобы понять, действительно ли они способны его поглощать и трансформировать в безопасные соединения. Замеры выделяющегося углекислого газа с содержанием как раз тяжёлых атомов углерода подтвердили верность первоначального предположения. Исходя из проведённых расчётов, учёные утверждают, что бактерии способны разлагать не менее одного процента доступного пластика в год.

Истории вопроса уже 30 лет

Открытие голландских учёных не следует недооценивать, однако оно не является первым в своём роде. Попытки обнаружить микроорганизмы, способные разрушать пластик были сделаны ещё в начале 1990-х. Но в то время значительных результатов добиться не удалось: найденным тогда бактериям сложные неорганические полимеры оказались не по зубам.

На протяжении последующих двух десятков лет свои исследования проводили в Германии, Италии, Швеции и Китае; как в одиночку, так и объединяя усилия. Действительно взволновавшие научную общественность результаты были получены японскими исследователями в 2016 году. Тогда эксперты просеяли сотни образцов полиэтилентерефталата (он же ПЭТ и полиэстер), прежде чем обнаружили колонию микроорганизмов, которые использовали этот вид пластика в качестве пищи. Бактерия получила наименование Ideonella sakaiensis 201-F6.

Она имеет радикальное отличие от прочих, ранее обнаруженных микроорганизмов, проявивших способности перерабатывать неорганические полимеры. Грибы и бактерии развили такие умения исключительно как побочные от способности раскладывать длинные молекулярные цепочки органических материй; пластик для них не является основным источником пищи. И только для бактерий вида Ideonella sakaiensis полиэстер – главный пищевой ресурс. Два уникальных энзима, вырабатываемые бактерией, способны почти полностью разложить пластик низкого качества за рекордные шесть недель. Один из энзимов разрушает длинную цепочку ПЭТ на более мелкие молекулы, а второй раскладывает их на составные полиэстера – этиленгликоль и терефталевую кислоту.

Два года спустя британские учёные смоделировали один из энзимов, слегка изменив его структуру и получили усовершенствованную версию вещества, обозначив возможность его применения в промышленных масштабах. В 2020 году эти же исследователи соединили оба бактериальных энзима, получив «супер-коктейль», работающий в шесть раз быстрее природных вариантов.

Исследование ДНК микробов, проведённое в 2021 году, показало, что микроорганизмы в разных частях планеты начали эволюционировать в сторону переработки пластика. Интернациональная группа исследователей из шведского университета выделила более 30 тысяч энзимов, способных разлагать в той или иной степени 10 различных видов пластика. Некоторые, например грибы Pestalotiopsis microspora, способны питаться компонентами полиуретана. Бактерии Pseudomonas и Lysinibacillus проявили склонность к биоразложению полиэтилена высокой плотности.

Бактерии против нефти

По легенде, после катастрофического нефтеразлива в Мексиканском заливе, вызванного взрывом на нефтяной платформе Deepwater Horizon, в акваторию выпустили синтетическую бактерию «Синтия», которая должна была буквально съесть всю разлившуюся нефть. Однако в какой-то момент что-то пошло не так, и созданный в лаборатории монстр набросился на живых существ в акватории залива, даже угрожая существованию человека в регионе. Подобные страшилки имеют тенденцию долго жить в общественном сознании, склоняя народное мнение в противоположную от научного знания сторону, хотя к реальности имеют весьма отдалённое отношение.

Истина же в том, что для устранения последствий загрязнения эксперты действительно использовали бактерии, но исключительно природного происхождения – те виды, которые в дикой среде обитают вблизи источников метана и питаются углеводородами.

Процесс утилизации нефти с помощью микробов известен давно. Существует несколько составов на основе микроорганизмов, способных поглощать нефтепродукты, однако все они работают при положительных температурах. Развитие нефтедобычи в Арктике требует усовершенствования не только существующих технологий добычи для снижения аварийности, но и методов ликвидации последствий нефтеразливов. По заявлениям учёных, учитывая активность использования Северного морского пути и возникающие периодические проливы топлива, накопленное хроническое загрязнение Арктики в среднегодовом выражении превосходит размеры аварийных разливов. Именно в таких ситуациях микробные препараты показывают наилучшие результаты, по сравнению с физическими и химическими способами устранения нефтяного загрязнения. Исследования активности поедающих нефть микроорганизмов при отрицательных температурах продолжаются.

Выводы

Кажется, человек создаёт природе больше проблем, чем способен сам же решить. В некоторых экспериментах учёные действительно получили обнадёживающие результаты, однако их исследования лишь обозначают направление дальнейшего движения. И самое главное, они не решают корня проблемы.

Сами исследователи утверждают, что полагаться на природные механизмы и усилия бактерий в борьбе с пластиком не следует. Они могут быть лишь одним из множества кусочков головоломки, но не её решением.

Возможным выходом не является и полный отказ от пластика, учитывая, что, например, в вопросах транспортировки и связанных с ними выбросов СО2, стеклянные бутылки проигрывают пластиковым. Ключевой задаче сегодня является предотвращение попадания искусственных полимеров в окружающую среду, в воды мирового океана.

А как вы считаете, сможет ли человечество справиться с «пластиковой» проблемой? Поделитесь своим мнением в нашем Телеграм-канале!