Художественная иллюстрация бактерий, поедающих пластик. (Изображение предоставлено: Getty Images)
Питающиеся пластиком бактерии могут однажды помочь справиться с некоторыми из 14 миллионов тонн пластика, которые ежегодно попадают в наши океаны. Загрязнение пластиком оказывает серьезное воздействие на морские экосистемы и может сказаться на здоровье человека. Например, по данным Международного союза охраны природы (МСОП), попав в океан, пластик может задушить и запутать животных.
Микропластик также попадает в организм многих морских видов, на которые охотятся другие виды, и которые мы ловим для еды. По данным МСОП, после попадания внутрь микропластик может вымывать токсичные загрязняющие вещества, которые собрались на его поверхности, в тело организма, который его съел.
Эти токсины могут накапливаться и передаваться по пищевой цепочке от морской жизни к людям всякий раз, когда мы едим что-то, что было выловлено из моря. На суше большая часть пластика в конечном итоге либо накапливается на свалках, либо сжигается в мусоросжигательных печах, выделяющих токсичные пары. По данным BBC, всего 16% всего производимого пластика перерабатывается для производства нового пластика. (1)
Однако в 2016 году японские ученые сделали замечательное открытие, которое может помочь решить мировую проблему пластика, сообщает журнал Science. Ученые собрали пластиковые бутылки возле предприятия по переработке и обнаружили, что определенный вид бактерий «проедает» себе путь через них. Обычно бактерии поглощают мертвые органические вещества, но у Ideonella sakaiensis появился вкус к определенному типу пластика, который называется полиэтилентерефталат (ПЭТ). (2)
Трехмерная иллюстрация ПЭТазы, разрушающей цепочки пластиковых молекул. (Изображение предоставлено: Getty Images)
Проанализировав бактерии, ученые обнаружили, что они производят два пищеварительных фермента, называемых гидролизующим ПЭТ или ПЭТазой. Когда эти ферменты взаимодействуют с ПЭТ-пластиком, они расщепляют длинные молекулярные цепи на более короткие цепи (мономеры), называемые терефталевой кислотой и этиленгликолем. Затем эти мономеры расщепляются, чтобы высвободить энергию для роста бактерий.
После открытия поедающих пластик бактерий, многие ученые-генетики экспериментировали с Ideonella sakaiensis, чтобы повысить их эффективность. Одно из таких исследований заключалось в том, чтобы генетически спроектировать бактерии, которые более эффективно производят ферменты, такие как Escherichia coli, и превратить их в фабрики ПЭТазы.
Хотя это открытие дает надежду на борьбу с пластиком, ученые предупреждают, что до широкого коммерческого использования еще далеко. Точно так же ПЭТаза разлагает только ПЭТ-пластик, хотя есть шесть других типов пластика, которые мы до сих пор не можем разложить с помощью ферментов.
Супер-ПЭТаза
Исследователи из Портсмутского университета модернизировали ПЭТазу, чтобы создать ферментный «коктейль», который, по их словам, может расщеплять пластик в шесть раз быстрее, чем обычно. Согласно журналу Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), чтобы сформировать один суперфермент ученые объединили ПЭТазу с другим разрушающим пластик ферментом под названием MHETase. (3, 4)
По данным Портсмутского университета, комбинированный фермент PETase-MHETase был создан с помощью синхротрона, типа ускорителя частиц, который использует рентгеновские лучи в 10 миллиардов раз ярче солнца. Это позволило исследователям увидеть отдельные атомы каждого фермента и нарисовать их молекулярные схемы.
Затем ученые сшили их ДНК вместе, чтобы сформировать суперфермент. Этот фермент также может расщеплять полиэтиленфураноат, биопластик на основе сахара.
Научная иллюстрация «суперфермента», созданного путем сшивания ферментов поедающих пластик бактерий, MHETase и PETase. (Изображение предоставлено: Рози Грэм)
Превращение пластика в ваниль
Исследователи из Эдинбургского университета использовали бактерии кишечной палочки для преобразования пластика в ванилин, основной компонент экстракта ванильных бобов. Учитывая, что глобальный спрос на ванилин превысил 37 000 тонн в 2018 году, а 85% производится из химических веществ, полученных из ископаемого топлива, использование пластика может быть экологически чистой альтернативой. (5)
После разложения ПЭТ-пластика на его основные мономеры исследователи сделали еще один шаг вперед и превратили один из этих мономеров, терефталевую кислоту, в ванилин посредством серии химических реакций. Полученный ванилин считается пригодным для употребления в пищу человеком, хотя необходимы дальнейшие исследования.
Научный журналист, освещающий широкий круг тем, касающихся окружающей среды, климатического кризиса, загрязнения и жизни людей. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
