Консорциум бактерий может переваривать пластик более эффективно, чем одиночные микробы

Пластиковое загрязнение распространилось по всей суше и достигло самых глубоких слоев океана.

Многие пластмассы содержат добавки, такие как сложные эфиры фталевой кислоты (ЭФК), которые могут попадать в организм человека и привести к нарушению работы эндокринной системы. Несмотря на то, что исследователи выявили микробы, способные разлагать пластик, их использование для очистки загрязненной окружающей среды оказалось сложной задачей. Переваривание пластика часто происходит медленно, иногда для этого требуются экстремальные температуры и многие штаммы способны разлагать только один тип пластика. В принципе, сочетание различных видов бактерий, питающихся пластиком, могло бы решить проблему биоремедиации более эффективно, чем любой другой микроб в отдельности.

Руководствуясь этой идеей, исследователи из Центра экологических исследований имени Гельмгольца (Германия) изучили, как консорциум бактерий может коллективно разрушать пластмассы. Их результаты, опубликованные в журнале Frontiers in Microbiology, показали, что три вида бактерий работают сообща путем "перекрестного питания", когда один микроб выделяет побочные продукты метаболизма, которые другой использует в качестве питательных веществ при расщеплении пластика. В одиночку эти микробы не могли бы разлагать пластик. “Внедрение этих бактерий в загрязненную природную среду, процесс известный как биоаугментация, потенциально может помочь снизить загрязнение ЭФК в реальных условиях”, - сообщил соавтор работы Герман Хайпипер.

Чтобы найти микробов, питающихся пластиком, исследователи не стали далеко ходить: они взяли образец биопленки из полиуретановой трубки биореактора своей лаборатории. Затем они культивировали микробы в питательной среде, используя модельное соединение ЭФК - диэтилфталат (DEP) в качестве источника углерода и энергии. Последующее секвенирование 16S рибосомальной РНК показало, что биопленка содержит три различных вида: по одному виду из групп Pseudomonas putida и Pseudomonas fluorescens, а также неизвестный вид микробактерий. Примечательно, что эти отдельные виды бактерий не могли разлагать пластмассы в одиночку, для этого была необходима совместная работа.

Чтобы дополнительно охарактеризовать процесс микробного разложения, исследователи использовали метапротеомный анализ и обнаружили, что микробы расщепляют пластик подобно команде, передающей эстафетную палочку. Сначала вид Microbacterium инициирует разложение DEP и генерирует ключевые промежуточные продукты: моноэтилфталат и фталатокислотную кислоту. Затем штаммы Pseudomonas, протеомный анализ которых показал, что они способны расщеплять другие побочные продукты, продолжают процесс. Этот метод бактериального питания известен как перекрестное питание и хотя это распространено в природе, по словам исследователей, ранее не было продемонстрировано у бактерий, разлагающих пластик.

Помимо DEP, исследователи обнаружили, что эта группа микробов может переваривать другие распространенные ЭФК: диметилфталат, дипропилфталат и дибутилфталат. Воодушевленный потенциальной ценностью этого консорциума, Хайпипер сообщил, что следующим шагом будет тестирование нового консорциума на реальных образцах сточных вод, содержащих микропластик, для оценки его способности удалять ЭФК.