Пластиковые отходы наносят ущерб окружающей среде во всем мире. Одно из решений проблемы отходов могут быть так называемые бактерии, поедающие пластик. Они способны питаться углеродными соединениями, содержащимися в пластике, и тем самым подвергать пластик биологическому разложению. В ходе двух исследований был более детально изучен метаболизм таких бактерий и исследованы способы культивирования пожирателей пластика. Полученные результаты открывают путь к промышленному использованию этих биологических помощников.
Пластик обладает множеством полезных свойств: он легкий, недорогой, небьющийся, универсальный и долговечный. Однако долговечность, в частности, становится проблемой, когда дело доходит до утилизации. Хотя некоторые пластиковые изделия могут быть переработаны, они часто накапливаются в окружающей среде, где могут сохраняться веками. В частности, для материалов, изготовленных из различных видов пластмасс, переработка до сих пор требует больших затрат или практически невозможна. К ним относятся, например, изделия с покрытием из полиэфирного уретана (ПЭУ), такие как рыболовные сети, веревки и некоторые текстильные изделия. ПЭУ увеличивает срок годности продуктов, но в то же время затрудняет их разложение.
Компостные бактерии с особыми свойствами
Исследовательская группа под руководством Яна де Витта из Юлихского исследовательского центра внимательно изучила род бактерий, который мог бы помочь в этом вопросе. Так называемые бактерии Halo Pseudomonas встречаются в экстремальных условиях обитания, в том числе в глубоководных районах, загрязненных нефтью или тяжелыми металлами. Однако исследователи выделили вид, который изучал де Витт и его команда, - Halo Pseudomonas formosensis FZJ - из немецкой компостной кучи. В их экспериментах было показано, что эти бактерии также могут разрушать углеводородную структуру некоторых видов пластика.
"Бактерия способна расти на различных типах ПЭУ и использовать этот пластик в качестве единственного источника углерода”, - сообщают де Витт и его команда. “После 72 часов культивирования различные покрытия ПЭУ были полностью деполимеризованы (деполимеризация — процесс превращения полимера в мономер или смесь мономеров)”. Помимо высокой скорости разложения, исследователи обнаружили важное преимущество выделенного ими штамма (штамм — чистая культура бактерий, грибов, и иных микроорганизмов, а также вирусов, выделенная из определённого источника и идентифицированная по тестам современной классификации) по сравнению с другими видами Halo Pseudomonas: “Выделенный нами штамм был особенно устойчив к высоким температурам и мог разлагать пластик при температуре до 50 градусов по Цельсию”, - говорится в сообщении команды. “Большинство других видов растут только при температуре до 37 градусов по Цельсию”. Это свойство важно для потенциального промышленного применения, где часто создают высокие температуры - аналогично тому, как это происходит внутри компостной кучи, естественной среды обитания H. formosensis.
На пути к биотехнологическому применению
С помощью генетического анализа исследовательская группа обнаружила фермент, вырабатываемый бактериями, который важен для разрушения пластика. Если бы они отключили ген для этого фермента, генетически модифицированные бактерии вряд ли смогли бы расщепить ПЭУ таким образом. Этот результат, с одной стороны, доказывает решающую роль идентифицированного фермента, а с другой стороны, демонстрирует, что H. formosensis можно генетически модифицировать. Таким образом, для будущих применений было бы также возможно генетически сконструировать увеличение производства ферментов и, следовательно, активности в процессе разложения пластмасс.
Кроме того, важным шагом на пути к биотехнологическому применению бактерий является также создание возможности их культивирования в больших масштабах. Этому было посвящено второе исследование, проведенное учеными из той же команды под руководством Люзи Крузе из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе. “Существующие методы культивирования и клонирования пока не позволяют легко выращивать эти бактерии”, - объясняют исследователи. “Мы устранили эти ограничения и разработали микробиологические и молекулярно-генетические методы для нескольких штаммов Halo Pseudomonas”. Эти методы могут послужить своего рода набором инструментов в будущем и проложат путь к фактическому промышленному использованию Halo Pseudomonas.
“Глубокие знания о микроорганизмах и ферментах способствуют пониманию взаимодействия микробов с синтетическими полимерами”, - пишут исследователи. “Таким образом, данное исследование прокладывает путь для будущих стратегий органической переработки, направленных на переработку цельных пластмасс, включая их покрытия”.
