Сегодня уже найдены микроорганизмы, способные перерабатывать пластик. Их поиск, культивирование и биоинженерия — это не только очищение планеты, но и серьезный бизнес. Выявленные микробы могут переваривать пластиковые отходы лишь при температуре выше 30°C. Поэтому применение этой технологии — дело дорогостоящее, а также наносящее вред экологии.
Поэтому ученые ищут альтернативные, адаптированных к холоду бактерии, ферменты которых могут перерабатывать пластик при низких температурах. Их специалисты Швейцарского федерального института WSL обнаружили на больших высотах в Альпах в своей стране и в полярных районах.
Поиск, культивирование и биоинженерия организмов, способных переваривать пластик, не только способствует удалению загрязнения, но и является крупным бизнесом. Несколько микроорганизмов, которые могут это делать, уже найдены, но когда их ферменты, делающие это возможным, применяются в промышленных масштабах, они обычно работают только при температурах выше 30°C. Требуемое отопление означает, что промышленное применение на сегодняшний день остается дорогостоящим и не является углеродно-нейтральным. Но есть возможное решение этой проблемы: найти специализированных адаптированных к холоду микробов, ферменты которых работают при более низких температурах.
Ученые из Швейцарского федерального института WSL знали, где искать такие микроорганизмы: на больших высотах в Альпах своей страны или в полярных районах. Их выводы опубликованы в Frontiers in Microbiology.
«Здесь мы показываем, что новые таксоны микробов, полученные из «пластисферы» альпийских и арктических почв, способны разрушать биоразлагаемые пластмассы при 15°C», — сказал первый автор доктор Джоэл Рюти, в настоящее время приглашенный научный сотрудник WSL. «Эти организмы могут помочь снизить затраты и нагрузку на окружающую среду в процессе ферментативной переработки пластика».
Рюти и его коллеги взяли образцы 19 штаммов бактерий и 15 грибков, растущих на свободном или намеренно закопанном пластике (хранили в земле в течение одного года) в Гренландии, на Шпицбергене и в Швейцарии. Большая часть пластикового мусора со Шпицбергена была собрана во время Швейцарского арктического проекта 2018 года , когда студенты проводили полевые работы, чтобы своими глазами увидеть последствия изменения климата. Почва из Швейцарии была собрана на вершине Муот-да-Барба-Пейдер (2979 м) и в долине Валь-Лавирун в кантоне Граубюнден.
Ученые позволили изолированным микробам расти в виде культур одного штамма в лаборатории в темноте и при температуре 15 ° C и использовали молекулярные методы для их идентификации. Результаты показали, что бактериальные штаммы принадлежали к 13 родам типов Actinobacteria и Proteobacteria, а грибы — к 10 родам типов Ascomycota и Mucoromycota.
Затем ученые использовали набор анализов для скрининга каждого штамма на его способность переваривать стерильные образцы небиоразлагаемого полиэтилена (ПЭ) и биоразлагаемого полиэфир-полиуретана (ПУР), а также две коммерчески доступные биоразлагаемые смеси полибутиленадипаттерефталата (ПБАТ). и полимолочная кислота (PLA).
Ни один из штаммов не смог переварить ПЭ даже после 126 дней инкубации на этих пластиках. Но 19 (56%) штаммов, в том числе 11 грибов и 8 бактерий, были способны переваривать полиуретан при 15°C, а 14 грибов и 3 бактерии были способны переваривать пластиковые смеси PBAT и PLA. Ядерно-магнитный резонанс (ЯМР) и анализ на основе флуоресценции подтвердили, что эти штаммы способны расщеплять полимеры PBAT и PLA на более мелкие молекулы.
«Нас очень удивило, что мы обнаружили, что большая часть протестированных штаммов способна разлагать по крайней мере один из протестированных пластиков», — сказал Рюти.
Наилучшими показателями оказались два неохарактеризованных вида грибов из родов Neodevriesia и Lachnellula : они были способны переваривать все испытанные пластмассы, кроме полиэтилена. Результаты также показали, что способность переваривать пластик для большинства штаммов зависела от питательной среды, при этом каждый штамм по-разному реагировал на каждую из четырех протестированных сред.
Как эволюционировала способность переваривать пластик? Поскольку пластик появился только в 1950-х годах, способность разлагать пластик почти наверняка не была свойством, на которое изначально нацелен естественный отбор.
«Было показано, что микробы производят широкий спектр ферментов, разлагающих полимеры, участвующих в разрушении клеточных стенок растений. В частности, часто сообщается, что патогенные для растений грибы биоразлагают полиэфиры из-за их способности продуцировать кутиназы, которые нацелены на пластиковые полимеры из-за их сходства с растительным полимером кутином», — объяснил последний автор доктор Бит Фрей, старший научный сотрудник и руководитель группы в WSL.
Поскольку пластик переваривается только при 15°C, ученые еще не знают оптимальную температуру, при которой работают ферменты успешных штаммов. Но большинство из уже испытанных хорошо растут при температуре плюс 4-20°C, отмечают ученые. Теперь их задача — выявить разлагающие пластик ферменты, которые вырабатываются штаммами микробов. И оптимизировать процесс, чтобы получить белок.
Работа исследователей опубликована в Frontiers in Microbiology.
Нет комментариев