Бактерии могут разлагать особо стойкие разновидности пластиков.
Одна группа бактерий оказалась способна разрушать сверхпрочные связи углерода с фтором, которые и дали название «вечным химикатам». Это открытие вселяет надежду на то, что микробы когда-нибудь помогут удалять эти печально известные загрязнители из окружающей среды. Около 15 000 химических веществ, часто встречающихся в повседневных потребительских товарах, таких как коробки для пиццы, дождевики и солнцезащитные кремы, относятся к перфторалкильным и полифторалкильным веществам, или ПФАС (PFAS). Эти химические вещества могут попасть в организм через питьевую воду или удобренные илом сельскохозяйственные культуры и ученые связывают даже низкие уровни хронического воздействия ПФАС с многочисленными последствиями для здоровья, такими как рак почек, заболевания щитовидной железы и язвенный колит.
Существующие методы уничтожения ПФАС требуют сильного нагрева или давления и они безопасно применяются только к отсортированным отходам. Исследователи давно задавались вопросом, могут ли бактерии расщеплять химические вещества в естественной среде, обеспечивая более дешевый и масштабируемый подход. Но углеродно-фтористые связи встречаются в основном в материалах, изготовленных человеком, а ПФАС существуют не так давно, чтобы бактерии успели специально развить способность их переваривать. Новое исследование - хотя и не первое, в котором выявлены микроорганизмы, разрушающие углеродно-фтористые связи, - представляет собой шаг вперед, считает Уильям Дихтель, химик из Северо-Западного университета США, изучающий энергоэффективные способы химического разложения ПФАС.
Чтобы выявить перспективный спектр бактерий, авторы исследования проанализировали несколько сообществ микробов, обитающих в сточных водах. Четыре штамма из рода Acetobacterium оказались особенными, сообщает группа исследователей в журнале Science Advances. Каждый штамм вырабатывал фермент, способный переваривать кофеат - встречающееся в природе растительное соединение, примерно похожее на некоторые ПФАС. Этот фермент заменял некоторые атомы фтора в ПФАС на атомы водорода; затем «белок-транспортер» переправлял побочные продукты фторид-ионов из клеток микробов, защищая их от повреждений. В течение трех недель большинство штаммов расщепляли молекулы ПФАС на более мелкие фрагменты, которые легче разлагались традиционными химическими способами.
Непосредственно воздействуя на углеродно-фтористые связи, бактерии Acetobacterium частично переваривали перфторалкилы - тип ПФАС, который могут расщеплять очень немногие микроорганизмы. Но даже в этом случае штаммы Acetobacterium могли работать только с молекулами перфторалкилов, содержащими углерод-углеродные двойные связи, расположенные рядом с углеродно-фтористыми. Эти «ненасыщенные» перфторалкильные соединения служат строительными блоками для большинства крупных ПФАС; они выпускаются производителями химикатов, а также образуются при уничтожении ПФАС путем сжигания.
Ранее ученые продемонстрировали, что микроорганизм под названием Acidimicrobium sp. штамм A6 способен разрушать углеродно-фтористые связи и полностью разлагать два наиболее распространенных перфторалкила. Однако этот микроб растет медленно и для его функционирования требуются сложные условия окружающей среды. И исследователи пока не до конца понимают, как именно этот штамм бактерий справляется со своей задачей.
Штаммы Acetobacterium нацелены на другую группу ПФАС и ученые надеются сконструировать бактерии таким образом, чтобы повысить их эффективность или расширить сферу их действия - потенциально на большее количество перфторалкилов. Ведущий автор исследования Юджи Мен из Калифорнийского университета считает, что микробы будут лучше всего работать в сочетании с другими методами деградации ПФАС. Разнообразие химических структур этих соединений означает, что «одна лаборатория не сможет решить эту проблему».
Любое коммерческое использование микроорганизмов в будущем столкнется с многочисленными препятствиями, включая скорость разрушения и возможность воспроизведения за пределами лаборатории, но Мен с нетерпением ждет возможности увидеть, как далеко ее команда сможет продвинуть этот метод. «Мы прокладываем дорогу на ходу», - говорит она улыбаясь.
Источник: Scientific American, 11 Oct.,2024