Ученые создали фермент, способный уничтожать пластик, а особенно хорошо он справляется с пластиковыми бутылками. Это достижение позволит справиться с огромным количеством пластика, загрязняющего планету.
В 2016 году на свалке в Японии были обнаружены бактерии, способные поглощать пластик. На процесс, обычно занимающий столетия, у них уходили считанные дни. Теперь же ученым удалось определить структуру фермента, который бактерии для этого используют, и синтезировать его. Когда команда протестировала полученный фермент, оказалось, что он справляется с полиэтилентерефталатом (ПЭТ), из которого делают бутылки для напитков, еще лучше оригинала.
«Оказалось, что мы улучшили фермент. Мы были немного шокированы, - говорит профессор Джон Макгихан из Портсмутского университета в Великобритании. - Это настоящее открытие. … Это скромное улучшение, на 20%, но не в этом дело, - рассказывает Макгихан. - Произошедшее показывает, что фермент еще не оптимизирован. Это дает нам возможность использовать все технологии, которые годами применялись в разработке других ферментов, и создать фермент, работающий сверхбыстро».
Исследователи определили структуру фермента, используя синхротрон Diamond, способный производить мощное рентгеновское излучение, которое позволяет разглядеть структуру отдельных атомов. Фермент оказался похожим на тот, что бактерии обычно используют для разрушения природного полимера кутина - воска, которым часто покрыта кожица плодов.
«Мы надеемся использовать этот фермент, чтобы разложить пластик на его составляющие, а затем снова использовать их для производства пластика. Это значит, что не нужно будет добывать еще больше нефти и что можно будет уменьшить количество пластика в окружающей среде», - отмечает Макгихан.
Одно из возможных улучшений - пересадить фермент бактериям-экстремофилам, способных выдерживать температуру выше 70°С - при ней плавится ПЭТ, а в расплавленном виде он разлагается в 10-100 раз быстрее. Также способствовать разложению пластика могут и некоторые грибки, но бактерии легче использовать в промышленных целях.
Для уничтожения других видов пластика можно будет использовать бактерий, которые в настоящее время эволюционируют в окружающей среде, уверен Макгихан. Хотя большая часть пластика находится в океане, исследователи рассчитывают, что можно будет доставить поедающие пластик бактерии к этим скоплениям мусора.
«Я думаю, это очень интересная работа, которая показывает, что есть потенциал для использования ферментов в борьбе с растущей проблемой отходов, - считает химик Оливер Джонс. - Ферменты нетоксичны, биоразлагаемы и их можно получить с помощью микроорганизмов в больших количествах».
Берточини, научный сотрудник Испанского института биомедицины и биотехнологий, заинтересовалась феноменом и провела вместе с биохимиками из Кембриджа научный эксперимент. Были взяты около сотни личинок, которые поместили в обыкновенный пластиковый пакет, купленный в британском магазине, и стали ждать появления дырок. Как выяснилось, сотня гусениц способна расправиться с 92 мг полиэтилена за 12 часов.
Каждую минуту в мире продается около миллиона пластиковых бутылок. Переработке подвергаются лишь 14% из них. Многие из оставшихся попадают в океаны, загрязняя даже самые удаленные уголки, нанося вред морским обитателям и - потенциально - потребителям морепродуктов.
Сегодня из бутылок, попавших на переработку, изготавливаются непрозрачные волокна, которые становятся материалом для одежды и ковров. Но благодаря использованию фермента из них можно будет делать новые пластиковые бутылки, что избавит от необходимости производить больше пластика.
Источники: newsland.com, Facepla.net
Бутылки из ПЭТ
Matt Montagne / Flickr
Японские биологи нашли новый штамм бактерий, который способен перерабатывать полиэтилентерефталат (ПЭТ) - один из самых распространенных видов пластика. Со статьей можно ознакомиться в журнале Science , кратко ее изложение приводит Американская ассоциация содействия развитию науки.
Авторы собрали несколько сотен образцов почвы и грязи вблизи завода по переработке бутылок из ПЭТ и проанализировали, какие виды бактерий обитают в таких условиях. Среди образцов биологам удалось выделить штамм бактерий Ideonella sakaiensis 201-F6, который оказался способен гидролизовать пластик с помощью специальных ферментов. По словам авторов, эти бактерии способны переработать тонкую (0.2 миллиметра) пленку полиэтилентерефталата за шесть недель при температуре 30°C. Важно отметить, что организмы не только разрушают полимер, но и используют его для получения энергии.
Пленка полиэтилентерефталата, разрушенная бактериями
Бактерии гидролизуют полимер в две стадии. На первой он превращается в низкомолекулярное вещество, моногидроксиэтиловый эфир терефталевой кислоты. За это превращение отвечает фермент, названный учеными ПЭТазой. Затем происходит разложение мономера с помощью следующего фермента, МЭТазы - в результате образуется терефталевая кислота и этиленгликоль, дальнейшие превращения которых хорошо описаны.
Схема метаболизма полиэтилентерефталата
Yoshida et al. / Science, 2016
Авторы отмечают, что ПЭТаза не имеет близких аналогов у родственных бактерий, что может указывать на быструю эволюцию. По словам биологов, это еще раз подтверждает, что различные виды способны очень быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды.
Хотя активность фермента гораздо выше, чем у других аналогов, способных разрушать пластик, он все еще недостаточно эффективен для коммерческого использования. Авторы надеются получить ответ на вопрос, что делает его активнее - это может помочь создать новые, искусственные ферменты, с помощью которых быстрая утилизация бытовых отходов станет возможной.
Владимир Королёв
Ученые создали фермент, способный уничтожать пластик, а особенно хорошо он справляется с пластиковыми бутылками. Это достижение позволит справиться с огромным количеством пластика, загрязняющего планету. О результатах они рассказали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .
В 2016 году на свалке в Японии были обнаружены бактерии, способные поглощать пластик. На процесс, обычно занимающий столетия, у них уходили считанные дни. Теперь же ученым удалось определить структуру фермента, который они для этого используют, и синтезировать его. Когда команда протестировала фермент, оказалось, что он стал справляться с полиэтилентерефталатом (ПЭТ), из которого делают бутылки для напитков, еще лучше оригинала.
«Оказалось, что мы улучшили фермент. Мы были немного шокированы, — говорит профессор Джон Макгихан из Портсмутского университета в Великобритании. — Это настоящее открытие».
При этом исследователи надеются, что им удастся улучшить его, заставив работать еще быстрее.
«Мы надеемся использовать этот фермент, чтобы разложить пластик на его составляющие, а затем снова использовать их для производства пластика. Это значит, что не нужно будет добывать еще больше нефти и что можно будет уменьшить количество пластика в окружающей среде», — отмечает Макгихан.
Каждую минуту в мире продается около миллиона пластиковых бутылок. Переработке подвергаются лишь 14% из них. Многие из оставшихся попадают в океаны, загрязняя даже самые удаленные из уголки, нанося вред морским обитателям и — потенциально — потребителям морепродуктов.
«Пластик чрезвычайно устойчив к разложению», — поясняет Макгихан.
Сегодня из бутылок, попавших на переработку, изготавливаются непрозрачные волокна, которые становятся материалом для одежды и ковров. Но благодаря использованию фермента из них можно будет делать новые пластиковые бутылки, что избавит от необходимости производить больше пластика.
«Нам приходится жить с тем фактом, что нефть стоит мало, поэтому и производство ПЭТ обходится дешево, — отмечает Макгихан. —
Производителям легче создавать больше пластика, чем пытаться его перерабатывать».
Для начала исследователи определили структуру фермента, который производят бактерии из Японии. Для этого они использовали синхротрон Diamond, способный производить мощное рентгеновское излучение, которое позволяет разглядеть структуру отдельных атомов. Фермент оказался похожим на тот, что бактерии обычно используют для разрушения природного полимера кутина — воска, которым часто покрыта кожица плодов. Манипуляции с ферментом в процессе изучения его работы случайно привели к улучшению его способности разлагать пластик.
«Это скромное улучшение, на 20%, но не в этом дело, — рассказывает Макгихан. — Произошедшее показывает, что фермент еще не оптимизирован. Это дает нам возможность использовать все технологии, которые годами применялись в разработке других ферментов, и создать фермент, работающий сверхбыстро».
Одно из возможных улучшений — пересадить фермент бактериям-экстремофилам, способных выдерживать температуру выше 70°С — при ней плавится ПЭТ, а в расплавленном виде он разлагается в 10-100 раз быстрее. Также способствовать разложению пластика могут и некоторые грибки, но бактерии легче использовать в промышленных целях.
Для уничтожения других видов пластика можно будет использовать бактерий, которые в настоящее время эволюционируют в окружающей среде, уверен Макгихан. Хотя большая часть пластика находится в океане, исследователи рассчитывают, что можно будет доставить поедающие пластик бактерии к этим скоплениям мусора.
«Я думаю, это очень интересная работа, которая показывает, что есть потенциал для использования ферментов в борьбе с растущей проблемой отходов, — считает химик Оливер Джонс. —
Ферменты нетоксичны, биоразлагаемы и их можно получить с помощью микроорганизмов в больших количествах».
Берточини, научный сотрудник Испанского института биомедицины и биотехнологий, заинтересовалась феноменом и провела вместе с биохимиками из Кембриджа научный эксперимент. Были взяты около сотни личинок, которые поместили в обыкновенный пластиковый пакет, купленный в британском магазине, и стали ждать появления дырок. Как выяснилось, сотня гусениц способна расправиться с 92 мг полиэтилена за 12 часов.
Группа микробиологов и биохимиков из Китая сделала открытие, чью важность для экологии планеты и всего человечества трудно переоценить. Были найдены бактерии, питающиеся пластиком, и в том числе полиэтиленом. На данный момент это первый просвет в решении проблемы назревающего глобального экологического кризиса.
Открытие было сделано ученными из Бейханского Университета, который находится в Пекине. Однако, как отмечает руководитель научной группы, Джан Янг: "Изначально это не было целенаправленное исследование, мне помог случай". Однажды у себя на кухне, на которой как признается биохимик царит беспорядок, он обратил внимание на полиэтиленовый пакет с просом. Внутри него копошилось множество мелких личинок, а сам пакет стал будто изрешеченными из автомата. Это привело Янга к мысли, что эти гусеницы в состоянии переваривать полиэтилен.
Эти личинки принадлежали известному сельскохозяйственному вредителю, моли Огневка южная амбарная (лат. Plodia interpunctella), которая широко распространена практически по всему свету. В ходе нескольких простых экспериментов удалось выяснить, что гусеницы Plodia interpunctella действительно едят и что более важно переваривают пластиковые продукты. Но оказалось, что заслуга самих личинок в этом весьма посредственна.
Слева: взрослая моль Огневка южная амбарная. Справа: ее личинка. В кишечнике последней и были обнаружены новые бактерии
Настоящие поедатели пластиковых продуктов находились в кишечнике огневки - это были два ранее не известных штамма бактерий. В качестве испытания эти микроорганизмы поместили на полиэтиленовую пленку. Спустя 28 дней образец пленки был рассмотрен под микроскопом, на нем присутствовали заметные признаки повреждений: продолговатые борозды и впадины глубиной до 0,4 мкм. Прочность полиэтилена, как и способность отталкивать воду снизились при этом почти в 2 раза. Еще через месяц масса пленки снизилась немногим более, чем на 10%, а молекулярная масса полимерных связей - на 13%. Другими словами, ученые получили первые веские доказательства существования бактерий, питающихся пластмассами, а также подверженности последних биологическому разложению (биоутилизации).
Главная ценность обнаруженных микроорганизмов заключается в том, что полностью отпадает потребность в какой-либо предварительной обработке пластмасс, и полиэтилена в частности. В данном случае требуется лишь поместить бактерии на пластик и они сами сделают свое дело.
И без того невообразимое количество пластиковых отходов ежегодно возрастает на 100-140 млн тонн. Сами по себе такие отходы практически не разлагаются, следовательно они будут накапливаться до тех пор пока человечество не найдет способа "борьбы" с ними.
Потенциал у открытия китайских ученых просто огромен. Дальнейшая его проработка должна стать предпосылкой к разработке первых способов чистой биоутилизации невероятно стойких и токсичных пластиковых отходов, в чем так сильно нуждается наша планета.
Десятки миллионов тонн пластикового мусора ежегодно попадают на свалки, который не разлагается десятки, а то и сотни лет. Многие люди считают, что выхода не существует и изменить что-либо уже нельзя. Сразу скажем - что это не так! И мы это неоднократно показывали в наших выпусках, с которыми Вы можете познакомиться на нашем канале. Сегодня же мы рассмотрим интересные открытиями учёных, которые также могут помочь в вопросе переработки и утилизации пластикового мусора.
Японский учёный Кендзи Миямото (Kenji Miyamoto), совместно со своими коллегами из университета Кейо в Йогокаме, Япония, во время проведения анализа образцов почвы и воды, которые были взяты в местах переработки пластика, обнаружили новый штамм бактерий Ideonella sakaiensis, способных разлагать материалы, состоящие из полиэтилентерефталата (ПЭТ) - термопластика, широко используемого для производства одноразовой тары, пластиковых бутылок, различных упаковок, одежды и посуды. Термопластик, на который приходится шестая часть всего пластикового мусора, также известен под названиями - ПЭТ, лавсан, майлар.
В лабораторных условиях плёнку, состоящую из ПЭТа толщиной 0,2 мм, бактерии полностью разложили за 6 недель при температуре 30 °С.
Биологи полны энтузиазма и делают прогнозы, что с помощью штамма бактерий можно будет перерабатывать до 50 млн. тонн ПЭТа за год. Рассматривается также возможность ускорения процесса разложения ПЭТа, посредством введения выявленных генов в штамме бактерий в быстро размножающуюся бактерию Escherichia coli.
Бактерии Ideonella sakaiensis гидролизуют ПЭТ, с помощью специальных ферментов. Один, из которых наносится сначала на ПЭТ, запуская предварительные химические реакции до последующего поглощения. А второй фермент используется для переваривания ПЭТа внутри самой клетки. Удивляет то, что бактерии могут использовать ПЭТ в качестве основного источника энергии и углеродов.
Биологи сообщают, что полиэтилентерефталатаза (ПЭТаза) - один из специальных ферментов, участвующих в гидролизации, не имеет схожих аналогов у родственных бактерий штамма. А это может обозначать, что бактерии приспособились к изменениям окружающей среды.
Пока ещё инструмент, под названием Ideonella sakaiensis, находится в стадии исследования, но уже позволяет с оптимизмом смотреть на его будущее использования для переработки мусора и отработанного материала из ПЭТа.
Второе интересное открытие сделала Федерика Бертоккини из Института биомедицины и биотехнологии Кантабрии в Испании, обнаружив, что гусеницы восковой моли (Galleria mellonella) способны перерабатывать полиэтилен и другие виды пластика. И не просто пережёвывать, но и выводить из своего организма в переработанном виде. Сотня гусениц за 12 часов способна справиться с 92 миллиграммами полиэтилена.
Эти гусеницы являются настоящей проблемой для пчеловодов. Они поедают воск, который является полимером, то есть натуральным пластиком, схожим по структуре на структуру полиэтилена. И эта особенность, обнаруженная в гусеницах очень заинтересовала учёных, которые увидели в ней будущее по утилизации пластикового мусора.Ведь полиэтилен в мире вырабатывается в огромных масштабах. К примеру, в 2014 г. было произведено более 124 млн. тонн полиэтилена, который плохо поддаётся разложению.
Остаётся открытым вопрос - каким образом гусеницы перерабатывает полиэтилен? Федерика Бертоккини, совместно с учёными из Великобритании - Паоло Бомбелли и Кристофером Хау, пытаются найти вещество, используемое гусеницами для разложения полиэтилена, чтобы научиться его синтезировать и производить в промышленных масштабах для утилизации накопленного в мире мусора.
Необходимо понимать, что бактерии и гусеницы - это не панацея, а ещё один инструмент для того, чтобы минимизировать вред от людской деятельности.
Как говориться в книге Анастасии Новых «Сэнсэй. Исконный Шамбалы», часть IV:
«В какие бы условия человек не попал, какие бы препятствия не ставила ему судьба, жить нужно так, как подобает Человеку с большой буквы. Самому становиться Человеком и помогать окружающим людям. Главное в этой жизни — быть свободным внутри по Духу, свободным от мира материи, идти к Богу, не сворачивая с этого пути. Тогда во внешней жизни вы сможете максимально принести пользу людям и прожить жизнь, достойную звания Человека.»
Объединение людей - залог выживания Человечества!
Приглашаем ученых и всех заинтересованных лиц к обсуждению возможностей использования обнаруженных живых организмов для очищения Планеты от пластика и изделий из него.
О климатических событиях в мире и путях решения климатических проблем Вы можете прочесть в докладе ученых АЛЛАТРА НАУКА