Бактерии разлагающие пластик: Бактерии научились разлагать пластик

Содержание

Бактерии научились разлагать пластик — Ведомости.Экология

Pixabay

Пляжи завалены пластиковыми бутылками и обертками. Желудки морских черепах наполнены осколками пластика. Пластиковые рыболовные сети, выброшенные в море, могут задушить ничего не подозревающих животных. А в Тихом океане водное пространство, более чем в два раза превышающее площадь Франции, усеяно пластиковыми отходами весом не менее 79 тыс. тонн. Наряду с такими известными решениями, как переработка отходов, появилось новое: микроорганизмы. Некоторые микробы развили у себя способность питаться определенными видами пластмасс, расщепляя их на молекулы, пишет The Guardian.

Люди производят огромное количество пластика. По данным торговой ассоциации Plastics Europe, в 2020 году в мире его было произведено 367 млн тонн. Это несколько меньше, чем в 2019 году, когда было произведено 368 млн тонн — вероятно это связано с пандемией Covid-19, так как ранее производство увеличивалось почти каждый год, начиная с 1950-х. Исследование, проведенное в 2017 году, показало, что в общей сложности было произведено 8,3 млрд тонн пластика. По данным Всемирного банка, в 2016 году в мире образовалось 242 млн тонн пластиковых отходов. Производство пластика подразумевает использование ископаемых видов топлива, таких как нефть, со всеми вытекающими отсюда рисками загрязнения. При производстве пластмасс также выделяются парниковые газы, которые способствуют глобальному потеплению. Только индустрия пластмасс в США ежегодно выделяет 232 млн тонн парниковых газов.

Решение этой проблемы состоит не в том, чтобы полностью отказаться от использования пластмассы, потому что она полезна и удобна в использовании. Например, пластиковые бутылки намного легче стеклянных, поэтому для их транспортировки требуется меньше энергии и выделяется меньшее количество парниковых газов. Но новое решение в утилизации пластика необходимо. И здесь на помощь приходят микроорганизмы.

Как и все пластмассы, полиэтилентерефталат (ПЭТ) — это материал, состоящий из длинных нитевидных молекул. Они собраны из более мелких молекул, соединенных вместе в цепочки. Химические связи в цепочках ПЭТ прочны, поэтому они долговечны.

В 2016 году исследователи во главе с микробиологом Кохеем Одой из Киотского технологического института в Японии сообщили о неожиданном открытии. Ученые взяли образцы осадка и сточных вод, загрязненных ПЭТ, и проверили их на наличие микроорганизмов, которые могли расти на пластике. Так был обнаружен новый штамм бактерий, называемый Ideonella sakaiensis 201-F6. Эта бактерия может использовать ПЭТ в качестве основного источника питательных веществ, разрушая ПЭТ в процессе питания. Дело в том, что Ideonella sakaiensis 201-F6 производит два уникальных фермента, способствующих быстрому разложению этого пластика. Первый — это петаза, которая расщепляет длинные молекулы ПЭТ на более мелкие молекулы, называемые MHET. Затем в работу вступает второй фермент, называемый метазой, производящий этиленгликоль и терефталевую кислоту.

Это открытие попало в заголовки газет по всему миру, но это был не первый пример организма, способного разлагать пластик. Сообщения о таких микробах датируются, по крайней мере, началом 1990 годов. Самые ранние примеры были, возможно, менее примечательны, потому что в них микробы могли есть только те пластмассы, которые были химически хрупкими или легко поддавались биологическому разложению. Но к 2000- годам исследователи нашли ферменты, которые справляются с более стойкими пластмассами. Выдающимся ученым в этой области был Вольфганг Циммерманн из Лейпцигского университета в Германии. Его команда изучала ферменты, называемые кутиназами, которые были получены из бактерий, таких как Thermobifida cellulosilytica, и которые также могли расщеплять ПЭТ. Ларс Бланк из Ахенского университета в Германии организовал создание консорциума исследователей для изучения ферментов, поедающих пластик. Бланк создал проект под названием MIX-UP, в рамках которого сотрудничают европейские и китайские исследователи. К середине 2010 годов было известно множество ферментов, разлагающих пластик. Так почему же Ideonella sakaiensis 201-F6 вызвала такой ажиотаж? «Дело в том, что этот микроорганизм мог использовать пластик в качестве единственного источника энергии и пищи», — объяснил Джон Макгихан из Портсмутского университета (Великобритания). Иными словами, более ранние ферменты эволюционировали, чтобы разрушать молекулы с прочными связями, встречающиеся в живых существах, а их способность разлагать пластик была побочным эффектом. Напротив, ферменты в Ideonella sakaiensis 201-F6 -специализированные. Макгихан и его коллеги изменили структуру петазы Ideonella sakaiensis 201-F6. Это сделало фермент более эффективным при разложении ПЭТ. В планах ученых — еще больше модифицировать петазу и другие подобные ферменты, чтобы их можно было использовать в промышленных масштабах для расщепления пластмасс. «Мы получили от правительства грант в размере £6 млн от правительства и основали Центр инноваций в области ферментов», — рассказал Макгихан.

До сих пор большая часть деятельности велась в университетах, но были и попытки коммерциализировать эту технологию. Университет Портсмута создал компанию Revolution Plastics, целью которой является налаживание связей между учеными и промышленностью. «Мы уже объявили о совместном проекте с Coca-Cola», — сообщил Макгихан. Одним из самых передовых проектов руководит французская биотехнологическая компания Carbios. В сентябре 2021 года она открыла пилотный завод в Клермон-Ферране, где будет тестировать систему переработки ПЭТ

Микробы по всему миру эволюционируют, чтобы поедать пластик / Хабр

Микробы в океанах и в почвах быстро развиваются, чтобы поедать пластик, в особенности ПЭТ и полиуретан. В ходе большого исследования ученые изучили 200 миллионов генов, обнаруженных в образцах ДНК, взятых из окружающей среды, и нашли 30 000 новых ферментов, которые могут разрушать 10 различных типов пластика. С их помощью ученые надеются создать «супер-микроба», способного справиться с проблемой в одиночку.

Исследование было опубликовано в журнале Microbial Ecology исследователями из Технологического университета Чалмерса в Швеции. Это первый крупномасштабный анализ способностей микробов и бактерий разлагать пластик. Ученые обнаружили, что каждый четвертый из проанализированных организмов теперь содержит один или несколько подходящих ферментов. Количество и тип обнаруженных ферментов соответствовали количеству и типу пластикового загрязнения в местах, где жили микробы.

По словам ученых, результаты «свидетельствуют об измеримом влиянии пластикового загрязнения на глобальную микробную экологию».

Ежегодно в окружающую среду выбрасывается 300 млн тонн пластика. И теперь загрязнение пронизывает всю нашу планету, от самых высоких гор до глубин океанов. Знакомые пластиковые пакеты уже можно найти даже в Марианской впадине, а на вершине Эвереста ученые нашли в среднем 30 микрочастиц пластика на каждый литр растопленного снега. Уменьшение количества микропластика в природе для людей имеет жизненно важное значение — мы просто не эволюционировали, чтобы жить в такой среде.

Но пластмассы сейчас очень трудно переработать. Использование естественных ферментов для быстрого разложения позволит быстро устранить проблему. Достаточно создать одного «мега-микроба», который мог бы питаться всем попадающимся ему пластиком, и быстро размножаться. Новое исследование предлагает множество потенциальных ферментов, которые можно изучить и адаптировать для промышленного использования.

Профессор Алексей Зелезняк, один из авторов исследования, в публикации рассказывает:

Мы нашли несколько доказательств, подтверждающих тот факт, что потенциал глобального микробиома по разложению пластика сильно коррелирует с объемами загрязнения окружающей среды пластмассой. Это является важной демонстрацией того, что окружающая среда реагирует на то давление, которое мы оказываем на нее.

Ученые говорят, что постепенный рост объемов пластиковых отходов с 2 до 300 млн тонн в год за последние 70 лет дал микробам достаточно времени, чтобы развиться. Исследователи начали со сбора данных о 95 микробных ферментах, которые, как уже ранее было известно, разлагают пластик, и которые часто можно найти у бактерий на свалках. Потом они стали искать похожие по характеристикам ферменты в образцах ДНК из 236 мест по всему миру. И, чтобы исключить возможные ложноположительные результаты, сравнивали эти образцы с ферментами из кишечника человека — который, как известно, не содержит ферментов, разлагающих пластик (а жаль — вот было бы удобно!).

В итоге в пробах океана, взятых в 67 местах и на трех разных глубинах, обнаружили около 12000 новых ферментов. Причём в более глубоких местах стабильно находили большее количество разрушающих ферментов. И это логично: ученые уже давно знали, что на глубине уровень пластикового загрязнения даже выше, чем на поверхности — по крайней мере, если сравнивать с весом присутствующей биомассы. Микробам просто нечем толком питаться, и они решают попробовать переработать пластик.

Образцы почвы были взяты из 169 мест в 38 странах. В них нашли 18 000 ферментов, способных разлагать пластик. Известно, что на земле находится больше пластика с фталатными добавками, чем в океанах, и, опять же, в образцах с суши было найдено больше ферментов, способных перерабатывать эти токсичные химические вещества.

Ученые заявили, что почти 60% новых ферментов не вписываются ни в один из ранее известных классов. И поэтому предположили, что микробы сейчас разлагают пластмассы способами, которые ранее были неизвестны науке.

Алексей Зелезняк:

Следующим шагом будет тестирование наиболее многообещающих кандидатов-энзимов в лаборатории, чтобы тщательно изучить их свойства и проверить скорость разложения пластика, которой они могут достичь. Оттуда мы попробуем создавать микробные сообщества, целевой функцией которых станет разложение определенных типов полимеров.

Вот как это выглядит на микроуровне

Помочь нам сражаться с пластиковым загрязнением пытаются уже не только микробы. Так, полиэтилен научились кушать восковые черви. А в 2016 году на свалке в Японии обнаружили первого жука, который при желании мог питаться пластиковыми бутылками. В 2018-м ученые стали исследовать его, пытаясь разобраться, как он эволюционировал, и случайно выделили фермент, который еще лучше справлялся с поеданием пластика. В 2020 году его дополнительно улучшили в лаборатории, так что теперь он умеет разрушать бутылки в 6 раз быстрее, примерно за неделю.

Еще один фермент-мутант создала в 2020 году компания Carbios. Он за считанные часы разлагает пластиковые бутылки и любые другие продукты из ПЭТ (одежду, пищевые пленки, кино- и фотопленки). А немецкие ученые в этом году обнаружили бактерию, которая питается токсичным полиуретаном (подошвы обуви, втулки, ролики, матрасы, защитные покрытия). К сожалению, сроки разложения оставляют желать лучшего, на каждую частицу уходят недели. Но по крайней мере теперь понятно, что это возможно, и что у этого направления есть перспектива. Возможно, нашим детям не придется жить в мире, полном пластиковых отходов.

Дата-центр ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.

Микроорганизмы решат проблему переработки пластика? – DW – 07.

05.2020

Горы пластика на мусорном полигоне Фото: picture-alliance/imagebroker/J. Tack

Наука

Александер Фройнд | Наталья Позднякова

7 мая 2020 г.

Ученые из Университета Портсмута обнаружили микроорганизмы, способные расщеплять пластик. Поможет ли это справиться с проблемой утилизации пластикового мусора — в материале DW.

https://www.dw.com/ru/%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D1%8B-%D1%80%D0%B5%D1%88%D0%B0%D1%82-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D1%83-%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B8-%D0%BC%D0%B8%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2-%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%BD-%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0/a-53353067

Около 100 000 различных микроорганизмов исследовали ученые Университета Портсмута, но нашли то, что искали, в куче опавшей листвы. Описанный учеными в специализированном журнале Nature мутировавший фермент бактерии способен разложить на мелкие частицы полиэтилентерефталат, так называемый ПЭТ, в течение всего нескольких часов. За 10 часов он может справиться почти с тонной старых пластиковых бутылок, расщепив на составные части 90 процентов из них.

Решение глобальной проблемы утилизации мусора

Давно существует надежда на то, что микроорганизмы в ближайшем будущем способны решить проблему пластикового мусора. До сегодняшнего дня эффективная утилизация пластика остается мифом. Каждый год по всему миру производится 359 млн тонн пластика, 150-200 млн из которых затем оказываются на мусорных полигонах. Около 70 млн из них — из полиэтилентерефталата, самого распространенного вида пластика. ПЭТ в его чистом виде используют в пищевой индустрии. Из него изготавливают бутылки, фольгу, упаковку для продуктов питания. Кроме того, из прочного и не мнущегося полиэстера производят текстильное волокно.

Пластиковый мусор — одна из угроз для окружающей среды Фото: Imago Images/imagebroker

Но проблема в том, что ПЭТ практически невозможно использовать как вторсырье. В ходе термомеханических процессов материал теряет свои основные характеристики, и из него можно делать лишь дешевое сырье для изготовления коврового покрытия.

Японские ученые из Института технологий в Киото в 2016 году обнаружили, что определенные микроорганизмы могут разлагать пластик. Они провели исследование сточных вод на одной из станций по утилизации бутылок из полиэтилентерефталата и нашли в них бактерию ideonela sakaisensis 201-F6.

Считается, что два неизвестных фермента этой бактерии отвечают за естественный процесс разложения. Первый из них — ISF 6_4831 — превращает ПЭТ в промежуточный продукт, а второй — ISF6_0224 — разлагает его дальше так, что в конце остается лишь безвредная терефталевая кислота и гликоль.

Поскольку процесс разложения длится более года, ученые из Университета Портсмута и из лаборатории возобновляемых источников энергии продолжили исследование, в ходе которого случайно обнаружили новый фермент, который разлагает пластик значительно быстрее. Результаты этого исследования были представлены в специализированном издании Proceedings of the American Academy of Scienses (PNAS).

Немцы обнаружили бактерию, расщепляющую полиуретан

Уже давно известно, что определенные виды грибков могут расщеплять не только ПЭТ, но полиуретан. Из него ежегодно производится миллионы тонн различного сырья и материалов. Полиуретан используется, например, для производства строительных материалов, кухонных мочалок, памперсов, спортивной обуви и многого другого.

Продукты из полиуретанаФото: picture-alliance/PAP/G. Michalowski

Мусор из полиуретана обычно не используют как вторсырье, а сжигают. Но в процессе горения выделяются ядовитые, способные вызывать онкологические заболевания химические вещества, которые убивают большинство бактерий.

Правда, как выяснили ученые, одному виду бактерий, который был обнаружен на мусорном полигоне и в марте был представлен учеными Центра по исследованию проблем окружающей среды имени Гельмгольца (Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung, UFZ) в Лейпциге, это не грозит. Это вид бактерий происходит из штамма Pseudomonas и способен выживать при самых высоких температурах и в кислой среде.

Бактерии могут легче, чем грибки, применяться в индустрии. Но, по оценкам Хермана Хиппера (Hermann Hipper) из Центра Гельмгольца, может пройти еще 10 лет, пока человечество начнет использовать бактерии и их ферменты в своих целях. Пока же важно с их помощью уменьшить количество пластикового мусора, который сложно утилизировать, и уменьшить тем самым вред, наносимый окружающей среде.

Из недавно обнаруженных ферментов бактерий уже сейчас может извлечь выгоду французское предприятие Carbios, которое много лет интенсивно занимается переработкой и утилизацией ПЭТ материала.

Предприятие в течение пяти лет намеревается в промышленных масштабах использовать новое открытие. Несмотря на то, что пластиковые бутылки необходимо будет резать на части и затем проводить термообработку перед тем, как запускать процесс ферментизации. Тем не менее новая технология все равно очень выгодная, поскольку не ведет к высоким расходам, подчеркивает заместитель главы Carbios Мартин Штефан. Между тем финансово поддержать разработки компании уже согласились такие крупные предприятия, как Pepsi и Loreal.

Смотрите также:

Как пластиковый мусор вредит здоровью и окружающей среде

To view this video please enable JavaScript, and consider upgrading to a web browser that supports HTML5 video

Написать в редакцию

Пропустить раздел Топ-тема

1 стр. из 3

Пропустить раздел Другие публикации DW

На главную страницу

Гонка за созданием бактерий, питающихся пластиком

Ученые обнаружили бактерии, способные биоразлагать пластмассы из полимеров обратно в … [+] мономеры.

AFP via Getty Images

В марте 2016 года ученые из Японии опубликовали необычное открытие. Собрав немного шлама за пределами предприятия по переработке бутылок в Осаке, они обнаружили бактерии, которые развили способность разлагать или «съедать» пластик.

Бактерии, Ideonella sakaiensis, , могла есть только определенный вид пластика, называемый ПЭТ, из которого обычно изготавливаются бутылки, и она не могла делать это достаточно быстро, чтобы уменьшить количество десятков миллионов тонн пластиковых отходов, которые ежегодно попадают в окружающую среду. .

Тем не менее, это и ряд других прорывов последних лет означают, что однажды можно будет построить промышленные предприятия, где ферменты пережевывают груды пластика, связанного с мусорными свалками, или даже распыляют их на горы пластика, которые накапливаются. в океане или в реках.

Эти достижения своевременны. Значительно увеличив использование одноразового пластика, такого как маски и коробки для еды на вынос, пандемия Covid-19 привлекла внимание к мировому кризису пластиковых отходов. Согласно одной из оценок, к 2050 году на Земле будет столько пластика в океане, сколько рыбы по весу.

Тем не менее, эксперты предупреждают, что до крупномасштабного коммерческого использования микроорганизмов, поедающих пластик, еще далеко, а их потенциальное попадание в окружающую среду, даже если оно будет практически целесообразным, может создать больше проблем, чем решить.

ЕЩЕ ОТ FORFORBES ADVISOR

Преодоление эволюционного барьера

Ученые, работающие над поиском и развитием организмов, питающихся пластиком, должны бороться с основной реальностью: эволюцией. У микробов были миллионы лет, чтобы научиться биоразлагать органические вещества, такие как фрукты и кора деревьев. У них почти не было времени, чтобы научиться разлагать пластик, который не существовал на Земле ни в каком масштабе примерно до 1950 года. это может ее разрушить», — сказал Пьер-Ив Паслье, соучредитель британской компании Notpla, которая использует морские водоросли и другие растения для производства пленок и покрытий, которые могут заменить некоторые виды пластиковой упаковки. В отличие от пластика, сказал он.

Тем не менее, недавние открытия микроорганизмов, питающихся пластиком, показывают, что эволюция уже работает. Через год после обнаружения в 2016 году Ideonella sakaiensis в Осаке ученые сообщили о грибке, способном разлагать пластик на свалке отходов в Исламабаде, Пакистан. В 2017 году студентка-биолог из Рид-колледжа в Орегоне проанализировала образцы с нефтяного месторождения недалеко от ее дома в Хьюстоне, штат Техас, и обнаружила, что они содержат бактерии, поедающие пластик. В марте 2020 года немецкие ученые обнаружили штаммы бактерий, способных разлагать полиуретановый пластик, после сбора почвы на свалке хрупких пластиковых отходов в Лейпциге.

Чтобы сделать любую из этих встречающихся в природе бактерий полезной, они должны быть биоинженерными, чтобы разлагать пластик в сотни или тысячи раз быстрее. Здесь ученые тоже добились некоторых прорывов. В 2018 году ученые из Великобритании и США модифицировали бактерии, чтобы они могли начать разлагать пластик за считанные дни. В октябре 2020 года процесс был улучшен еще путем объединения двух разных ферментов, поедающих пластик, которые производили бактерии, в один «суперфермент».

До первых крупномасштабных коммерческих приложений еще далеко, но уже не за горами. Французская фирма Carbios может в ближайшие месяцы начать строительство демонстрационного завода, который сможет ферментативно разлагать ПЭТ-пластик.

Это могло бы помочь таким компаниям, как PepsiCo и Nestle, с которыми сотрудничает Carbios, достичь давних целей по включению большого количества переработанного материала обратно в свою продукцию. До сих пор им не удавалось добиться успеха, потому что никогда не существовало способа в достаточной степени разложить пластик обратно на более фундаментальные материалы. (Из-за этого большая часть пластика, который перерабатывается, используется только для изготовления предметов более низкого качества, таких как ковры, и, вероятно, больше никогда не будет переработана.)

«Без новых технологий им невозможно достичь своих целей. Это просто невозможно», — сказал Мартин Стефан, заместитель генерального директора Carbios.

Помимо бактерий, питающихся пластиком, некоторые ученые предполагают, что можно использовать наноматериалы для разложения пластика на воду и углекислый газ. Одно исследование 2019 года, опубликованное в журнале Matter , продемонстрировало использование «магнитных пружинных углеродных нанотрубок» для биоразложения микропластика на углекислый газ и воду.

Будущие вызовы

Даже если эти новые технологии когда-нибудь будут широко развернуты, они все равно столкнутся с серьезными ограничениями и даже могут быть опасными, предупреждают эксперты.

Было показано, что из семи основных коммерческих типов пластика фермент, поедающий пластик, лежащий в основе нескольких недавних открытий, переваривает только один, ПЭТ. Другие пластмассы, такие как HDPE, используемые для изготовления более твердых материалов, таких как бутылки для шампуня или трубы, могут оказаться более сложными для биоразложения с помощью бактерий.

Бактерии также не в состоянии полностью разложить пластик до основных строительных блоков, включая углерод и водород. Вместо этого они обычно расщепляют полимеры, из которых состоят пластмассы, обратно на мономеры, которые часто полезны только для создания большего количества пластмасс. Предприятие Carbios, например, предназначено только для переработки ПЭТ-пластика в исходное сырье для производства большего количества пластмасс.

Плавучий пластиковый мусор на реке Искыр возле гидроэлектростанции «Своге» в январе 2021 года в … [+] Своге, Болгария.

Getty Images

Даже если однажды станет возможным массовое производство бактерий, которые можно распылять на груды пластиковых отходов, такой подход может быть опасным. Биоразложение полимеров, из которых состоит пластик, может привести к высвобождению химических добавок, которые обычно надежно хранятся внутри неразложившегося пластика.

Другие отмечают, что существуют потенциальные неизвестные побочные эффекты выпуска генетически модифицированных микроорганизмов в природу. «Поскольку, скорее всего, потребуются генно-инженерные микроорганизмы, их нельзя бесконтрольно выпускать в окружающую среду», — сказал Вольфганг Циммерман, ученый из Лейпцигского университета, изучающий биокатализ.

Подобные проблемы ограничивают потенциальное использование наноматериалов. Николь Гроберт, специалист по наноматериалам из Оксфордского университета, сказала, что крошечные масштабы, связанные с нанотехнологиями, означают, что широкое использование новых материалов «усугубит проблему таким образом, что это может привести к еще большим проблемам».

Эксперты считают, что лучший способ преодолеть кризис пластиковых отходов — это перейти на многоразовые альтернативы, такие как материалы Notpla, полученные из морских водорослей, гарантируя, что неперерабатываемые пластиковые отходы попадут на свалку, а не в окружающую среду, и используя биоразлагаемые материалы, где это возможно.

Джудит Энк, бывший администратор регионального Агентства по охране окружающей среды (EPA) в администрации Обамы и президент Beyond Plastics, некоммерческой организации, базирующейся в Вермонте, указала на постепенное распространение запретов на одноразовые пластмассы по всему миру. из Индии в Китай в ЕС, Великобританию и ряд штатов США от Нью-Йорка до Калифорнии.

Это признаки прогресса, сказала она, хотя необходимы более жесткие меры. «Мы не можем ждать большого прорыва».

Обновление: эта история была обновлена, чтобы прояснить время открытия бактерий, питающихся пластиком, студентом Рид-колледжа.

Бактерии, питающиеся пластиком: инженерия и воздействие

Художественная иллюстрация бактерий, поедающих пластик.
(Изображение предоставлено: Getty Images)

Бактерии, питающиеся пластиком, могут однажды помочь справиться с некоторыми из 14 миллионов тонн пластика, которые ежегодно выбрасываются 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 в пищу. По данным МСОП, после попадания внутрь микропластик может вымывать токсичные загрязняющие вещества, которые собрались на его поверхности, в тело организма, который его съел.

Связанные статьи

Эти токсины могут накапливаться и передаваться по пищевой цепочке от морских обитателей к людям всякий раз, когда мы едим что-то, что было взято 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 .

Однако в 2016 году японские ученые сделали замечательное открытие, которое может помочь решить мировую проблему с пластиком, согласно журналу 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).

3D-иллюстрация того, как ПЭТаза разрушает 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 бактерий, питающихся пластиком, многие ученые-генетики экспериментировали с Ideonella sakaiensis , чтобы повысить его эффективность. Одно из таких исследований заключалось в том, чтобы генетически спроектировать бактерии, которые более эффективно производят ферменты, такие как E.coli, и превратить их в фабрики ПЭТазы.

Хотя это открытие дает надежду на борьбу с монтажным пластиком, ученые предупреждают, что до широкого коммерческого использования еще далеко. Точно так же ПЭТаза разлагает только ПЭТ-пластик, 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 переваривать пластик в шесть раз быстрее, чем обычно. Согласно журналу Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) , ученые объединяют PETase с другим ферментом, поедающим пластик, под названием MHETase, чтобы сформировать один суперфермент.

По данным Университета Портсмута, 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 свои ДНК вместе, чтобы сформировать суперфермент. Этот фермент также может расщеплять полиэтиленфураноат (PEF), биопластик на основе сахара.

Научная иллюстрация «суперфермента», созданного путем сшивания ферментов MHETase и PETase бактерий, питающихся пластиком. (Изображение предоставлено Рози Грэм)

Превращение пластика в ваниль

Исследователи из Эдинбургского университета использовали бактерии E. coli для преобразования пластика в ванилин, основной компонент экстракта ванильных бобов. Учитывая, что глобальный спрос на ванилин превысил 40 000 тонн (37 000 метрических тонн) в 2018 году, а 85% производится из химических веществ, полученных из ископаемого топлива, использование пластика может быть экологически чистой альтернативой, , как ранее сообщала Live Science .

После разложения ПЭТ-пластика на его основные мономеры исследователи пошли еще дальше и превратили один из этих мономеров, терефталевую кислоту, в ванилин посредством ряда химических реакций. Полученный ванилин считается пригодным для употребления в пищу человеком, хотя необходимы дальнейшие исследования.

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о пластиковой проблеме Земли посетите веб-страницы о пластиковом загрязнении Greenpeace (открывается в новой вкладке) и WWF (открывается в новой вкладке). Если вам нужна дополнительная информация о том, как вы можете сократить использование пластика, ознакомьтесь с « Как отказаться от пластика: руководство по изменению мира, по одной пластиковой бутылке за раз» (открывается в новой вкладке) «» автора Уилл МакКаллум и « Как спасти мир бесплатно (откроется в новой вкладке)» Натали Фи.

Библиография

МСОП, «Загрязнение морской среды пластиком », ноябрь 2021 г.
Шосуке Йошида и др., «Бактерия, разлагающая и ассимилирующая полиэтилентерефталат (открывается в новой вкладке)», Science, Volume 351, March 2016.
Анкита Маурья, «Ферментативное восстановление полиэтилентерефталата (ПЭТ) – Полимеры на основе эффективного управления пластиковыми отходами: обзор (открывается в новой вкладке)», Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, Volume 8, November 2020.
Brandon C. Knott, et al, «Характеристика и разработка ферментная система для деполимеризации пластмасс (открывается в новой вкладке)», PNAS, том 117, сентябрь 2020 г.
Румиана Тенчов, «Могут ли суперферменты, поедающие пластик, решить нашу разрушительную пластиковую проблему? », CAS, март 2021 г.
Кэтрин Латам, «Первый в мире «бесконечный» пластик «, BBC, май 2021 г.
Скотт Карпентер, «Гонка за разработку бактерий, питающихся пластиком «, Forbes, март 2021 г.
Эдинбургский университет, «Бактерии: вкусное решение глобального пластикового кризиса» (откроется в новой вкладке)» ScienceDaily, июнь 2021 г.
Портсмутский университет, «Новый ферментный коктейль переваривает пластиковые отходы в шесть раз быстрее (открывается в новой вкладке)», сентябрь 2020 г.
Эдинбургский университет, «Бактерии служат вкусным решением пластикового кризиса (открывается в новой вкладке)», июнь 2021.

Скотт является штатным автором журнала How It Works и ранее писал для других научных и информационных изданий, включая журнал BBC Wildlife, журнал World of Animals, Space.com и журнал All About History. Скотт имеет степень магистра в области научной и экологической журналистики, а также степень бакалавра в области природоохранной биологии Университета Линкольна в Великобритании. За свою академическую и профессиональную карьеру Скотт участвовал в нескольких проектах по сохранению животных, включая исследования птиц в Англии, наблюдение за волками в Германии. и отслеживание леопарда в Южной Африке.

Бактерий, поедающих пластик – может ли это сработать?

Ежегодно в мире производится более 380 миллионов тонн пластика. Большая часть этого пластика окажется на свалке, загрязняя наши океаны и сельскую местность, или будет сожжена. На самом деле, поскольку в настоящее время перерабатывается всего 8,7% пластика, есть вероятность, что более 90% пластика, который мы производим, в конечном итоге будет выброшено.

Пластиковые отходы уже вызывают ряд серьезных экологических проблем во всем мире. Например, прогнозируется, что к 2050 году в наших океанах будет больше пластика, чем рыбы, а микропластик проникает в наш рацион и даже в воздух, которым мы дышим (в результате средний человек потребляет около 5 граммов пластика в неделю). Если уровень пластиковых отходов в окружающей среде продолжит расти, эта цифра будет только расти.

Одним из возможных решений этой глобальной экологической проблемы являются бактерии, питающиеся пластиком. Бактерии, впервые обнаруженные японскими учеными в 2016 году, являются одним из самых захватывающих достижений в нашей борьбе с пластиковыми отходами, открывая новые возможности для переработки пластика и вселяя надежду на то, что мы сможем начать решать проблему одноразового использования.

Источник: theguardian.com

Открытие бактерий, питающихся пластиком

Открытие бактерий, питающихся пластиком, произошло случайно. Ученые, работающие в Японии, собрали осадок за пределами завода по производству бутылок в Осаке и обнаружили, что он содержит бактерии, которые эволюционировали, чтобы «поедать» пластик. Имя Ideonella sakaiensis бактерии были способны разлагать ПЭТ — тип пластика, который используется для изготовления большинства наших бутылок для напитков.

Однако бактерии работали довольно медленно, на разрушение пластика ушло около шести недель. Это означало, что это не был особенно востребованный вариант, особенно когда новые продукты, содержащие ПЭТ и другие виды пластика, производятся быстро и дешево. Открытие бактерий было чем-то интересным, а не решением пластиковой проблемы.

Благодаря интенсивным исследованиям и ряду открытий ученые работали над «эволюцией» бактерий, чтобы они работали быстрее.

Ускорение работы бактерий, поедающих пластик

После публикации статьи о бактериях, поедающих пластик, ученые со всего мира приступили к разработке новых типов бактерий и ферментов, поедающих пластик. Они посмотрели, как работают бактерии, питающиеся пластиком, и обнаружили, как сделать их более эффективными.

Источник: earth.org

В 2018 году британские ученые использовали результаты исследования для модификации бактерий, чтобы заставить их работать быстрее, что дало надежду на реалистичную альтернативу первоначальному медленно работающему открытию. Эта мутантная версия разрушала пластик примерно на 20% быстрее, чем встречающиеся в природе бактерии, и она также была эффективна для более твердых пластиков, увеличивая количество потенциальных применений.

Затем последовали дальнейшие разработки: ученые нашли способ соединить две бактерии, чтобы создать штамм, который работает еще быстрее. Это был прорыв, поскольку он открыл возможность комбинирования бактерий, которые также расщепляют различные вещества, по сути, создавая «бактериальный пакет», который мог работать с несколькими типами пластмасс и других материалов.

Теоретически эти пакеты могут позволить ученым создать суперфермент, который разлагает смесь материалов, включая пластик, полиэстер, хлопок и другие. Это важно, потому что, когда основные материалы объединяются в таких продуктах, как одежда, они становятся непригодными для переработки, но создание бактерий, которые расщепляют их на отдельные компоненты, может сделать эти материалы пригодными для вторичной переработки и повторного использования.

В 2020 году французская компания Corbios выпустила модифицированный фермент, способный разлагать 90% ПЭТ-бутылок всего за 10 часов. Единственным недостатком фермента было то, что для его эффективности требовалась температура около 70°C. Опираясь на эти знания, группа британских ученых разработала фермент, способный быстро и эффективно действовать при комнатной температуре. Это делает бактерии, которые едят пластик, потенциально жизнеспособной альтернативой другим процессам переработки пластика.

Проблемы с поедающими пластик бактериями

Идея о бактериях, которые могут поедать пластик, очень привлекательна для тех, кто обеспокоен экспоненциальным ростом пластиковых отходов в наших океанах и на свалках. У этого процесса есть свои проблемы, и в нескольких исследованиях бактерий, поедающих пластик, указываются потенциальные проблемы с использованием этого процесса в больших масштабах.

Например, некоторые токсины выделяются как побочные продукты бактерий, поедающих пластик. Они могут нанести больше вреда окружающей среде, чем сами пластиковые отходы, и, поскольку они полностью созданы в лаборатории, они не тестируются в окружающей среде. Во-вторых, разложившиеся пластиковые мономеры необходимо отделить от других веществ в смеси, чтобы их можно было восстановить. Это увеличивает время и затраты, связанные с разбивкой сложных продуктов, которые мы производим, что делает процесс менее коммерчески жизнеспособным в долгосрочной перспективе.

Как на самом деле могут работать бактерии, питающиеся пластиком?

Дешевле и быстрее производить новый пластик, чем использовать бактерии, питающиеся пластиком или микропластиком, для разрушения использованных бутылок и продуктов. Хорошая новость заключается в том, что есть крупные компании, использующие пластик, такие как L’Oréal, Nestlé Waters, PepsiCo, Suntory Beverage и Food Europe, которые сотрудничают с исследователями, чтобы получить больше информации о бактериях, питающихся пластиком.