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
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.
Благодаря многолетним исследованиям удалось отыскать бактерии, которым мусор, разлагающийся в природе столетиями, идет в пищу. Это можно назвать самым настоящим прорывом в области утилизации полимерных отходов. Поэтому корреспондент "РГ" помчалась в лабораторию Астраханского государственного технического университета. Именно здесь вывели микроорганизмы, пожирающие пластик.
Разработчиком новой технологии оказалась 23-летняя Анна Каширская, аспирант кафедры прикладной биологии и микробиологии университета. Эксперимент, начатый восемь лет назад, вылился в серьезную работу, которая, как надеется ее автор, найдет применение в реальной жизни.
Сегодня изделия из полимерных материалов используются повсеместно. Пожалуй, без полиэтиленовых пакетов современному человеку сложно даже представить поход в магазин. Пластиковая тара для молока и соков решительно потеснила стеклянную. Да и промышленные предприятия активно используют именно пластиковую упаковку, которая, по данным экспертов, сегодня составляет 40 процентов всего бытового мусора. Проблема утилизации твердых бытовых отходов в регионе, как и по всей России, стоит очень остро. Ежегодно тысячи тонн отходов складируются на загородных полигонах, при этом повсеместно ощущается нехватка новых мусороперерабатывающих предприятий.
Отслужив свой срок, пластик и полиэтилен отправляются на свалку, нанося тем самым огромный вред экологии. В Астраханской области, да и в других регионах, это грозит катастрофой, если не изобрести современный способ утилизации. Это я понимала еще в школе, - говорит Анна Каширская.
В 2006 году, будучи в девятом классе, Анна, увлеченно занимавшаяся в кружке при АГТУ "Юный микробиолог" (сегодня она, кстати, его уже возглавляет), начала опыты.
Восемь лет назад я взяла фрагмент полиэтиленового пакета размером четыре на четыре сантиметра и погрузила в обычную дистиллированную воду, куда добавила немного почвы с местного пустыря и два процента неорганических солей. Через месяц на поверхности воды образовалась зеленая пленка - это были водоросли. Разумеется, жидкость испарялась. Чтобы процесс шел непрерывно, я регулярно пополняла раствор водой, - говорит моя собеседница.
Периодически экспериментатор брала смывы с поверхности подопытного пакета. Вскоре ей удалось выделить бактерии, которые образовывались на нем постоянно. Ими оказались плесневые грибы микромицеты, для которых источником питания служит полиэтилен.
В процессе исследования под микроскопом выяснилось: грибы, растущие на поверхности полиэтилена, потребляют его частицы. При этом структура полиэтилена нарушилась. За восемь лет "испытуемый" потерял в весе около 30 процентов и стал очень хрупким, его прочность снизилась на 96 процентов, - констатирует научный сотрудник.
Получается, еще совсем чуть-чуть и пакет полностью растворится.
Было бы просто замечательно использовать достижение за пределами лаборатории. Для этого первым делом необходимо ввести раздельный сбор мусора. Чтобы, к примеру, пластиковые отходы собирались и свозились отдельно от других.
И что, их надо будет замачивать в растворе и выдерживать десятилетиями? - интересуюсь я.
Зачем же? Полученный раствор можно было бы периодически распылять над полигонами, где находит свое вековое пристанище весь полимерный мусор. А грибы медленно, но верно делали бы свое дело. В любом случае это ускорит процесс распада пластика, - уверена микробиолог.
Вот он, тот самый пакет. Анна подхватывает его аккуратно пинцетом со дна стеклянной банки. В других емкостях также лежат частицы полиэтилена. Для них старались создать другие условия. Например, перекрывали доступ кислорода крышкой, нагревали и охлаждали, экспериментировали с количеством солей и различным PH. Но оказалось, грибам - пожирателям пластика воздух просто необходим. А оптимальной для них является комнатная температура.
Кстати, продукты распада могут быть использованы в качестве удобрений. Таким образом получается безотходное производство, - приводит последний аргумент Анна Каширская.
Губернатора Астраханской области Александра Жилкина, присутствовавшего на конференции молодых ученых, где выступала Анна Каширская, очень заинтересовала разработка.
Данный проект будет поддержан региональным правительством. Мы также намерены стимулировать молодых ученых, чтобы они смогли добиться более впечатляющих результатов и сократить срок разложения полимерных отходов, которые сегодня складируются на астраханских полигонах, - подчеркнул глава региона.
За плечами астраханской изобретательницы участие во многих конференциях, где она с воодушевлением рассказывает о своем способе защиты экологии. Девушка уже стала победителем молодежного научно-инновационного конкурса "УМНИК". Полученный грант - 400 тысяч рублей Анна планирует потратить на дальнейшие эксперименты и обустройство лаборатории.
Кстати
Полиэтилен является одним из самых трудно разлагаемых веществ. Он обладает высокой прочностью, водостойкостью и является химически инертным. Существуют различные способы утилизации полимерных отходов (захоронение, сжигание, вторичная переработка), но эти методы имеют ряд недостатков. В Астраханской области не производится вторичная переработка пластика. По некоторым данным, лишь 53 процента мусорных свалок из 300 являются санкционированными. При нагревании и сжигании пластика образуются токсические вещества, в том числе угарный газ, формальдегид и многие другие. Они чрезвычайно вредны для здоровья, являются причиной возникновения тяжелых заболеваний, в том числе онкологии. Применение астраханской биотехнологии способствует снижению токсических веществ и позволяет добиться уничтожения полиэтилена в десятки раз быстрее, чем в природной среде.
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.
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