: 05.09.2024
«Живой» пластик содержит бактерии, которые «съедят» его в определенных условиях
Нельзя представить себе современный мир без пластмасс. Но пластиковый мусор представляет собой серьезную экологическую проблему. Один из подходов к ее решению связан с использованием бактерий, способных ферментативно разлагать пластики. И почему бы при этом не создавать пластики, уже содержащие нужные бактерии в неактивном состоянии?
В 2016 г. вблизи завода по переработке отходов в Японии в почве, загрязненной полиэтилентерефталатом (ПЭТ), была обнаружена бактерия Ideonella sakaiensis. Эта бактерия может ферментативно разлагать ПЭТ, используя его в качестве основного источника углерода. С тех пор ученые активно изучают ферменты, разлагающие пластик, но проблема в том, что эти вещества зачастую не могут работать в условиях, подходящих для переработки полимеров.
Другим подходом к переработке пластикового мусора является создание биоразлагаемых пластмасс, содержащих бактериальные споры – неактивные формы, которые образуются внутри обычных клеток бактерий. Покрыты они многослойными оболочками, которые защищают бактериальный геном в стрессовых условиях, включая высокую температуру, присутствие растворителей, высокое давление и высушивание. Споры могут оставаться в состоянии покоя неопределенно долгое время и активироваться при улучшении ситуации.
Используя методы синтетической биологии, ученые из Китая сконструировали сенную палочку (бактерию Bacillus subtilis), геном которой содержит гены, кодирующие фермент, разрушающий пластик. Этот фермент – липаза бактерии Burkholderia cepacian, которая широко применяется как биокатализатор в биотехнологических процессах.
Сенная палочка – обычный член микробиоценозов почвы, она встречается в микробиоме кишечника животных и человека и при неблагоприятных условиях образует споры. Ученые побуждали бактерию к спорообразованию, помещая в среду с ионами тяжелых металлов, а затем смешивали с гранулами полимерного капролактона. В результате им удалось получить пластик, содержащий споры бактерий. Пока споры находились в состоянии покоя, этот «живой» пластик по своим физическим и эксплуатационным свойствам ничем не отличался от обычного.
Ученые исследовали разные способы активации таких «спящих» спор. Во-первых, это обработка пластика другим ферментом-липазой, полученным из дрожжей Candida antarctica, который может разрушать пластиковую поверхность. Споры высвобождались, прорастали, и «проснувшиеся» бактерии начинали выделять ВС-липазу, которая почти полностью разрушала полимер в течение 6–7 дней. Другим способом является компостирование: в этом случае «живой» поликапролактон в почве полностью разложился в течение 25–30 дней. Споры можно высвобождать и механически, просто измельчая пластик.
Поликапролактон относится к материалам, переработка которых не требует особых условий. Чтобы подтвердить применимость нового метода и к другим пластмассам, исследователи поставили несколько экспериментов и доказали, что споры сенной палочки способны «оживать» и после обработки в таких жестких условиях, как температуры до 300ºC. «Живые» пластики оставались стабильными и при помещении их в напиток «Спрайт», что говорит о возможности их использования для упаковки пищевых продуктов.
Таким образом, новый метод позволяет производить экологически безопасные пластмассы, которые могут стабильно функционировать до тех пор, пока не появятся благоприятные условия для пробуждения содержащихся в них бактериальных спор. Правда, вопрос о том, насколько вероятно их случайное пробуждение и последующее разрушение самого пластмассового изделия/вещи, ученые пока не обсуждали.
Фото: https://foto.wuestenigel.com
: 05.09.2024 
