МОСКВА, 11 мар - РИА Новости. Японские молекулярные биологи открыли необычную бактерию, которая умеет "есть" лавсан и другие виды пластика, и извлекли из них ферменты, отвечающие за разложение этих полимеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Science .

Каждый год на свалки Земли попадает примерно 300 миллионов тонн пластикового мусора, большая часть которого не разлагается почвенными микробами и остается в почти нетронутом виде на протяжении десятков и даже сотен лет. Многие частицы пластика оказываются в водах мирового океана, где они попадают в желудки рыб и птиц и часто становятся причиной их гибели.

Кендзи Миямото (Kenji Miyamoto) из университета Кейо в Йокогаме (Япония) и его коллеги нашли способ уничтожить весомую часть этой "мусорной кучи", изучая то, как различные сообщества бактерий реагируют на присутствие полиэтилентерфталата (PET). Этот термопластик, также известный как лавсан, применяется при изготовлении пластиковых бутылок, одежды, кинопленки и прочих носителей информации. На долю PET приходится шестая часть всего пластикового мусора на Земле.

В ходе исследований ученые совершили несколько походов на природу, где им удалось найти и извлечь более 250 фрагментов пластикового мусора, часть которых несла на себе следы частичного разложения. Биологи проанализировали геномы бактерий, живших в почве рядом с этими частицами пластика, и попытались выделить среди них те, которые способны питаться PET. Для этого культуры микробов высадили на тонкие пленки из полимера.

Ученым улыбнулась удача - они обнаружили, что обычная почвенная бактерия Ideonella sakaiensis способна жить на стопроцентной "диете" из лавсана и разлагать его молекулы на воду и углекислый газ.

Ученые заинтересовались, как эта "пластикоядная" бактерия разлагает цепочки PET на одиночные звенья и поедает их. Для ответа на этот вопрос биологи проанализировали структуру ДНК микроба и выяснили, что за уничтожение пластика отвечают всего два фермента.

Первый — так называемая ПЭФаза — разлагает длинные звенья полимера на "кирпичики" из одной молекулы этиленгликоля и терефталевой кислоты еще до того, как пластик попадает в бактерию. Второй фермент, МГЭТ-гидролаза, разлагает эти звенья на этиленгликоль и терефталевую кислоту, которые затем используются микробом в его жизнедеятельности.

Процесс разложения пластика протекает достаточно медленно - бактерии "доели" пленку, которую им предложили ученые, только через шесть недель после начала эксперимента. Но учитывая то, что подобный пластиковый мусор "живет" на свалках примерно по 70-100 лет, добавление колоний Ideonella sakaiensis в мусорные кучи может заметно ускорить его разложение. Кроме того, ученые предполагают, что для переработки и уничтожения пластика можно использовать и синтетические версии ферментов.

Серьезность сложившейся ситуации как нельзя лучше передают мусорные пятна в океанах (Большое тихоокеанское мусорное пятно). Разработать новые технологии переработки пластиковых отходов и немного улучшить текущее положение может помочь новый вид бактерий, которые питаются пластмассами.

Открытие было сделано японскими исследователями.

По их словам, микроорганизм интересен в первую очередь наличием способности перерабатывать распространенный тип пластика, известный как PET (пластики на основе полиэтилентерефталата). Непосредственно сам пищеварительный процесс пластика у бактерии происходит медленно, поэтому краткосрочные перспективы открытия пока довольно туманны, но дальнейшие исследования бактерии, которая, к слову получила название Ideonella sakaiensis 201-F6, могут привести к появлению новых безопасных способов утилизации пластика.

Вид пластика, являющийся любимым лакомством Ideonella sakaiensis, – полиэтилентерефталат – характеризуется легкостью, прочностью и способностью удерживать жидкость. Этот материал очень часто используется для изготовления емкостей для жидких продуктов – разнообразные контейнеры и бутылки. Отметим, что только за 2013 год во всем мире было произведено около 56 миллионов тонн пластика PET, из которых переработали только половину.

Свойства, которые делают PET столь привлекательным для различных компаний материалом, - прочность и влагонепроницаемость – также представляют огромную угрозу для окружающей среды. Этот материал имеет очень большой период полураспада, поэтому накапливается в форме свалок на земле и в океане.

Считается, что для полного разложения обычной пластиковой бутылки требуется около 450 лет, и хотя некоторые виды пластмасс разлагаются в океане быстрее, в процессе распада они выделяют вредные химические вещества, что еще больше усугубляет экологическую ситуацию.

Новый вид бактерий, поедающих пластик, был обнаружен путем просеивания 250 образцов PET, собранных на заводах по переработке пластика. Об этом говорится в статье о результатах исследования, опубликованной в журнале Science. Исследовали искали свидетельства распада материала среди образцов и в конце концов обнаружили I. sakaiensis.

Бактерии этого вида выделяют два фермента, расщепляющие это соединение до экологически безопасных веществ – терефталевой кислоты и этиленгликоля. Правда, происходит это не очень быстро. В исследовании говорится, что на полное переваривание небольшого куска пленки из низкокачественного полиэтилентерефталата бактерии понадобилось шесть недель. То есть, на расщепление изделий из более качественного PET потребуется еще больше времени.

Вполне возможно, что в будущем ученые найдут способ, который поможет ускорить этот процесс. В последующей статье, опубликованной в том же Science, профессор биоинженерии Уве Борншеуер пишет, что ученые должны выяснить истоки происхождения этих ферментов, выделяемых бактериями, точнее, не являются ли они проявлением эволюции.

По словам Борншеуера, этот вид пластика существует в природе только 70 лет, и существует вероятность, что ферменты адаптировались к новым реалиям и научились использовать его как источник пищи, «обеспечивающий «преимущество для выживания». Ученый пишет, что эволюция в столь короткие сроки – это большая редкость, хотя подобное уже случалось ранее, и дополнительные исследования могут привести к появлению новых эффективных способов борьбы с пластиком PET.

В интервью The Wall Street Journal Борншеуер отметил, что теоретически эти бактерии могут ускорить распад пластика на свалках.

Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram , чтобы быть в курсе самых интересных событий.

В старых научно-популярных журналах обнаруживаются порой удивительные вещи. Для меня такой жемчужиной, найденной во время ленивого «сёрфинга» по подшивке «Науки и жизни» 70-х, стал рассказ «Мутант-59». Вот он , в том самом варианте в библиотеке Мошкова - и я его крайне рекомендую. Чтобы не портить удовольствия, сюжет вкратце: действие построено вокруг выведенного учёными микроорганизма, способного пожирать все виды пластика. Он вырывается на волю и мир встаёт на грань катаклизма, сравнимого с ядерным…

Написанный на исходе 60-х, рассказ этот был одной из первых попыток прощупать нашу зависимость от пластмасс - уже тогда сильную. Но авторы «Мутанта» и представить не могли, насколько сильней она станет за следующие сорок лет! Мало того, что использование пластиков выросло почти двадцатикратно (сегодня ежегодно их производится более 300 млн. тонн), так и максимум ещё не выбран и в следующие двадцать лет, как ожидается, мы удвоим потребление.

Пластик - «выращенный» на углеводородах искусственный материал, хорошо останавливающий воду и слабо восприимчивый к агрессивным факторам земной среды. Вот чем объясняется его популярность. Но у всякой палки два конца: поскольку ничего подобного до сих пор не существовало, природа не имеет средств для безопасного уничтожения пластиковых отходов - накапливающихся пропорционально росту потребления. Мусор мог бы копиться и медленней, однако - прискорбный факт! - большинство изделий из пластика одноразового использования.

Конечно, природе может и должен помочь сам человек, но… Оценки даются разные, однако, в общем и целом, можно утверждать, что переработке подвергается меньше трети пластиковой продукции. Остальное оседает в лучшем случае на организованных свалках, в худшем же разлетается по континентам и утекает в океан, где у пластика начинается вторая жизнь.

Поскольку микроорганизмов, способных пластик разлагать, нет, под действием света, температуры, механических факторов, вялотекущих химических реакций, мусор распадается на всё более мелкие частицы, . Процесс этот даже для банальной бутылки из под питьевой воды, например, требует почти пятьсот лет - и протекает отнюдь не без последствий для живых существ. Частью всё это оседает и формирует уникальные, замешанные на пластмассах, «окаменелости» (из-за чего археологи уже называют наш век Эпохой пластика), но в значительной степени ещё и поглощается разными формами жизни, от птиц и крупных млекопитающих до мельчайшего зоопланктона.

Те, конечно же, тоже не понимают, с чем столкнулись: не успели приспособиться за всего-то сотню лет (историю ведут от целлулоида, появившегося в 1855 году). Они принимают цветные кусочки за пищу, болеют и мрут (частицы забивают пищеварительный тракт, душат, травят), становятся пищей сами. Зоопланктон, например, служит основанием морской пищевой пирамиды, так что потребляемый микроскопическими рачками пластик в конце концов оказывается в наших желудках.

Всё могло бы быть иначе, если б в природе существовала, скажем, бактерия, способная жить и выживать на пластиковой диете. Однако до последнего времени таковая оставалась фантастикой. Да, известны некоторые формы плесени, да, велись какие-то эксперименты с обнадёживающими результатами над микробами, но тем всё и ограничивалось. И вот на днях японцы нужную бактерию нашли . Добро пожаловать в светлое будущее!

Набрав образцов лежалого пластикового мусора, японцы изучали его в поисках следов ускоренного разложения. И таким вот нехитрым образом сделали свою эпохальную находку. Бактерия, названная Ideonella sakaiensis, похоже, является эволюционировавшей естественным путём разновидностью микроорганизма, известного науке. Она вырабатывает химические вещества (энзимы), разлагающие один из видов пластика до промежуточных соединений, которые уже и употребляет в пищу.

По сравнению со своим фантастическим предком, I.s. выглядит безобидной. Во-первых, она специализируется только на пластике PET (известном у нас как лавсан), который хоть и весьма популярен (прежде всего как сырьё для упаковки пищевых продуктов и воды), но занимает лишь пятую часть в мировом производстве пластмасс. Во-вторых, на съедение тонкого слоя с поверхности пластикового изделия, ей требуются недели, да и пластик лучше подготовить (термически обработав), чтобы сделать механически непрочным.

Но лиха беда начало! Ideonella sakaiensis - живое свидетельство того, что природа начала приспосабливаться к пластиковому веку. И есть хорошая надежда, что генные инженеры помогут ей сделать это быстрей: ускорить процесс переваривания, натравить на другие пластики.

Тут-то мы и возвращаемся к рассказу сорокалетней давности. Что авторы уже тогда точно подметили, так это нашу зависимость от пластмасс. Бактерия, переваривающая пластик, чрезвычайно ценна в плане борьбы с пластиковым мусором - однако проблема в том, что разбирать, где мусор, а где полезные человеку вещи, мутант конечно же не станет. «Гниение» тары для питьевой воды и упаковок пищевых продуктов - только начало. Когда Природа или инженеры научат бактерии кушать другие пластики - что, судя по комментариям учёных к работе японцев, представляется возможным - нам придётся реально туго.

Оглянитесь вокруг, вот прямо сейчас, не вставая с рабочего места. Прикиньте, какова наша зависимость от пластика! «Волшебная» невосприимчивость к гнили, ржавчине, температурам, влажности, сделали его самым популярным конструкционным материалом третьего тысячелетия. Пластик - это столы и стулья, корпуса и изоляция электронных устройств, носители данных и упаковка, пластик везде, пластик во всём! Жизнь таки нашла дорогу - и нам бы радоваться, да вот только это наверняка сделает уже нашу жизнь сложнее…

5 Рейтинг 5.00

- 5.0 out of 5 based on 3 votes

Студентка вывела бактерии, перерабатывающие пластик

В скором времени вопрос о быстром уничтожении свалок полимерных материалов может быть полностью решен благодаря открытию, которое сделала 23-летняя аспирантка кафедры прикладной биологии и микробиологии Анна Каширская из Астрахани.

Эксперимент юного ученого продолжался почти десятилетие. Анна начала работать с бактериями еще в 2006 году, когда посещала занятия кружка «Юный микробиолог» при АГТУ. Ныне Каширская уже сама руководит молодыми дарованиями – слушателями этого кружка. На протяжении этого времени ей удалось выделить бактерии, практически полностью растворившие в воде полимерный материал.

Ее открытие вызвало интерес не только у специалистов. Высокую оценку работа Каширской получила и у руководства региона, в частности, у губернатора Астраханской области Александра Жилкина, пообещавшего всемерно поддерживать не только Анну, но и других молодых астраханских ученых.

Анна рассказывает следующее:

« Семья у меня самая обычная: мама, папа, младший брат. С наукой никто не связан, хотя младший брат стал ходить также в творческое объединение «Юный микробиолог» под моим руководством. Помимо обучения в аспирантуре, являюсь ассистентом и ведущим инженером кафедры «Прикладная биология и микробиология» АГТУ. Являюсь руководителем «Юного микробиолога», в котором и сама начинала обучение микробиологии. Хобби у меня очень много. С раннего детства занималась вокалом, участвовала во многих областных и всероссийских конкурсах. Кроме того, училась в музыкальной школе по классу фортепиано и гитаре. На протяжении 11-ти лет занималась волейболом. Еще люблю шить мягкие игрушки.»

Экологические проблемы не оставляют равнодушными людей. Существует много способов, которыми утилизируют пластиковые отходы. Чаще всего это обычное сжигание, захоронение. Вы понимаете, что это наносит серьезный вред окружающей среде. В настоящее время общественность активно пытается продвигать «зеленые технологии» в различных сферах (экологическое биотопливо, биоупаковки и т.д.). Я очень надеюсь, что моя разработка получит свое логическое завершение и внедрение в экологию нашего региона, а может даже и России, и это позволит снизить нагрузку, которая оказывается на биосферу от такого количества скопившегося пластикового мусора. Конечно, хотелось бы внедрить раствор на основании моей разработки по всей стране. Его можно было бы периодически распылять над полигонами, где складируется весь полимерный мусор. А грибы уничтожали бы его постепенно. Это значительно ускоряло бы процесс распада пластика. Продукты распада, кстати, могут быть использованы в качестве удобрений. Таким образом, получается абсолютно безотходное производство.»

В океан попадает много пластиковых отходов, которые являются своего рода мрачным маркером эпохи антропоцена. В Тихом и Атлантическом океанах уже давно существуют плавающие свалки этого мусора, которые по размерам не уступают некоторым странам, а совсем недавно они начали появляться и в Арктике. Кроме того, некоторые необитаемые острова погребены под тоннами пластика.

Могут ли бактерии питаться пластиком

Несмотря на такое ужасное положение, ученые пришли к выводу, что количество пластика, которое мы выбрасываем каждый год, должно раз в сто превышать то, которое плавает в океане. Эта ситуация имеет несколько возможных объяснений, но в ходе нового исследования ученые пришли к выводу, что разрушать пластиковые отходы могут бактерии, живущие в океане.

Эта идея может показаться довольно странной, хотя только в прошлом году исследователи обнаружили, что недавно найденные виды бактерий способны разрушать молекулярные связи полиэтилентерефталата (ПЭТ) — одной из наиболее распространенных форм пластика. Эти бактерии в буквальном смысле используют его в качестве источника пищи.

Как правило, необходимо 450 лет, чтобы этот вид пластика полностью разложился в окружающей среде. Но бактерии справляются с ним всего за шесть недель. Именно эта информация навела команду исследователей из Университета Помпеу Фабра в Барселоне на мысль, что за отсутствие пластика в океанах мы должны в основном благодарить эти микроскопические организмы.

Хорошие новости?

На первый взгляд, новость о бактериях кажется хорошей, ведь это поможет снизить количество пластиковых отходов, которые накапливаются в океане. Сейчас огромное количество этого мусора попадает в организмы морских животных, что приводит к их смерти.

Тем не менее постарайтесь представить, что произойдет, если мы сможем и дальше выбрасывать пластик в океаны без каких-либо последствий. Скорее всего, это станет зеленым светом для производителей. Если эти бактерии смогут распространиться по всему земному шару, они снизят негативное воздействие человека на окружающую среду, и вряд ли кто-то станет утверждать, что это плохая идея.

Возможные объяснения

Хотя, конечно, нам не стоит слишком сильно полагаться на этих бактерий. Вполне возможно, что отходы, которых не досчитались ученые, погружаются в воду и хранятся на морском дне. Это значит, что однажды они могут снова всплыть на поверхность, хотя последствия такого события трудно прогнозировать.

Используя математическое моделирование, ученые сделали вывод, что другие геологические процессы или ошибки в подсчетах также могут объяснить несоответствие между глобальной скоростью производства пластмассы и ее присутствием в море.

В любом случае в настоящее время человечество продолжает выбрасывать огромное количество пластика в океаны. Хотя незначительное его количество перерабатывается, ситуация, скорее всего, не изменится, пока производители не согласятся заменить его биопластиком, который быстро разлагается в любой среде сразу же после того, как становится ненужным.