Bakterien, die Plastik abbauen. Schlagwort: Bakterien fressen Plastik. Das einfachste flache Modell einer Zelle aus Plastilin auf Karton

Eine Gruppe von Mikrobiologen und Biochemikern aus China hat eine Entdeckung gemacht, deren Bedeutung für die Ökologie des Planeten und der gesamten Menschheit kaum zu überschätzen ist. Es wurden Bakterien gefunden, die sich von Kunststoff, einschließlich Polyethylen, ernähren. An dieser Moment Dies ist der erste Lichtblick zur Lösung des Problems der sich zusammenbrauenden globalen Umweltkrise.

Die Entdeckung wurde von Wissenschaftlern der Beihang-Universität in Peking gemacht. Doch wie der Leiter der wissenschaftlichen Gruppe, Jan Yang, feststellt: „Anfangs war das keine gezielte Studie, der Zufall hat mir geholfen.“ Eines Tages bemerkte er in seiner Küche, die laut Aussage des Biochemikers ein Chaos war, eine Plastiktüte mit Hirse. Viele kleine Larven wimmelten darin, und das Paket selbst wirkte, als wäre es von Kugeln aus einem Maschinengewehr durchlöchert. Dies ließ Young vermuten, dass diese Raupen Polyethylen verdauen konnten.

Diese Larven gehörten zu einem bekannten landwirtschaftlichen Schädling, der fast weltweit verbreiteten Südlichen Getreidemotte (lat. Plodia interpunctella). Ein paar einfache Experimente ergaben, dass die Raupen von Plodia interpunctella tatsächlich Plastikprodukte fressen und, was noch wichtiger ist, verdauen. Es stellte sich jedoch heraus, dass die Leistung der Larven selbst hier sehr mittelmäßig ist.

Links: Erwachsene Motte Südlicher Getreidespeichermotte. Rechts: seine Larve. Im Darm des letzteren wurden neue Bakterien entdeckt

Die wahren Plastikfresser befanden sich im Darm der Motte – es handelte sich um zwei bisher unbekannte Bakterienstämme. Als Test wurden diese Mikroorganismen auf Plastikfolie gelegt. Nach 28 Tagen wurde eine Probe der Folie unter dem Mikroskop untersucht; sie zeigte deutliche Beschädigungsspuren: längliche Rillen und bis zu 0,4 µm tiefe Vertiefungen. Die Festigkeit von Polyethylen sowie die Fähigkeit, Wasser abzustoßen, verringerten sich um fast das Zweifache. Nach einem weiteren Monat verringerte sich die Masse des Films um etwas mehr als 10 % und das Molekulargewicht der Polymerbindungen um 13 %. Mit anderen Worten: Wissenschaftler haben den ersten eindeutigen Beweis für die Existenz von Bakterien erhalten, die sich von Kunststoffen ernähren, sowie für deren Anfälligkeit für biologischen Abbau (Biorecycling).

Der Hauptvorteil der entdeckten Mikroorganismen besteht darin, dass keine Vorbehandlung von Kunststoffen und insbesondere Polyethylen erforderlich ist. In diesem Fall müssen Sie die Bakterien nur auf dem Kunststoff platzieren und sie werden ihre Arbeit erledigen.

Die ohnehin unvorstellbare Menge an Plastikmüll steigt jährlich um 100-140 Millionen Tonnen. Solche Abfälle zersetzen sich von selbst praktisch nicht und sammeln sich daher an, bis die Menschheit einen Weg findet, ihn zu „bekämpfen“.

Das Potenzial der Entdeckung chinesischer Wissenschaftler ist einfach enorm. Seine Weiterentwicklung sollte eine Voraussetzung für die Entwicklung erster Methoden zum sauberen Biorecycling von unglaublich hartnäckigem und giftigem Plastikmüll sein, den unser Planet so dringend braucht.

Der Ernst der aktuellen Lage lässt sich am besten an den Müllansammlungen in den Ozeanen (Great Pacific Garbage Patch) verdeutlichen. Es kann helfen, neue Technologien zum Recycling von Kunststoffabfällen zu entwickeln und die aktuelle Situation ein wenig zu verbessern die neue Art Bakterien, die sich von Kunststoffen ernähren.

Die Entdeckung wurde von japanischen Forschern gemacht.

Ihrer Meinung nach ist der Mikroorganismus vor allem wegen seiner Fähigkeit interessant, eine gängige Kunststoffart namens PET (Polyethylenterephthalat-Kunststoffe) zu recyceln. Direkt ich selbst Verdauungsprozess Die Plastizität im Bakterium erfolgt langsam, daher sind die kurzfristigen Aussichten für die Entdeckung noch recht vage, aber weitere Untersuchungen des Bakteriums, das übrigens Ideonella sakaiensis 201-F6 heißt, könnten zur Entstehung neuer führen sichere Wege Kunststoffrecycling.

Der Kunststoff, der eine der beliebtesten Delikatessen von Ideonella sakaiensis ist, Polyethylenterephthalat, zeichnet sich durch seine Leichtigkeit, Festigkeit und Fähigkeit, Flüssigkeiten zu speichern, aus. Dieses Material wird sehr häufig zur Herstellung von Behältern für flüssige Produkte – verschiedene Behälter und Flaschen – verwendet. Beachten Sie, dass allein im Jahr 2013 weltweit etwa 56 Millionen Tonnen PET-Kunststoff produziert wurden, von denen nur die Hälfte recycelt wurde.

Die Eigenschaften, die PET für verschiedene Unternehmen zu einem so attraktiven Material machen – Festigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit – stellen auch eine große Gefahr für die Umwelt dar. Dieses Material hat eine sehr lange Halbwertszeit und reichert sich daher in Form von Mülldeponien an Land und im Meer an.

Es wird angenommen, dass z vollständige Zersetzung Eine typische Plastikflasche braucht etwa 450 Jahre, und während einige Kunststoffe im Meer schneller zerfallen, setzen sie beim Zerfall schädliche Chemikalien frei Chemikalien, was die Umweltsituation weiter verschärft.

Durch das Sieben von 250 PET-Proben aus Kunststoffrecyclinganlagen wurde eine neue Art von plastikfressenden Bakterien entdeckt. Dies geht aus einem Artikel über die Forschungsergebnisse hervor, der in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde. Die Forscher suchten in den Proben nach Hinweisen auf Materialzerfall und entdeckten schließlich I. sakaiensis.

Bakterien dieser Art scheiden zwei Enzyme aus, die diese Verbindung in umweltfreundliche Substanzen zerlegen – Terephthalsäure und Ethylenglykol. Das geht zwar nicht sehr schnell. Die Studie ergab, dass Bakterien sechs Wochen brauchten, um ein kleines Stück minderwertiger Polyethylenterephthalatfolie vollständig zu verdauen. Das heißt, dass es bei Produkten aus höherwertigem PET noch länger dauert, bis sie zerfallen.

Es ist möglich, dass Wissenschaftler in Zukunft einen Weg finden, diesen Prozess zu beschleunigen. In einem späteren Artikel, der in derselben Zeitschrift veröffentlicht wurde, schreibt Bioingenieurprofessor Uwe Bornscheuer, dass Wissenschaftler den Ursprung dieser von Bakterien abgesonderten Enzyme herausfinden müssen, oder genauer gesagt, ob sie eine Manifestation der Evolution sind.

Laut Bornscheuer gibt es diese Art von Plastik erst seit 70 Jahren in der Natur, und möglicherweise haben sich Enzyme an die neuen Realitäten angepasst und gelernt, es als Nahrungsquelle zu nutzen, die einen „Überlebensvorteil“ verschafft. Der Wissenschaftler schreibt, dass eine Evolution in so kurzer Zeit sehr selten sei, obwohl dies bereits zuvor geschehen sei und zusätzliche Forschungen zur Entstehung neuer Entwicklungen führen könnten effektive Wege Kampf gegen PET-Kunststoff.

In einem Interview mit dem Wall Street Journal stellte Bornscheuer fest, dass diese Bakterien theoretisch den Abbau von Plastik auf Mülldeponien beschleunigen könnten.

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PET-Flaschen

Matt Montagne/Flickr

Japanische Biologen haben einen neuen Bakterienstamm entdeckt, der Polyethylenterephthalat (PET), eine der häufigsten Kunststoffarten, verarbeiten kann. Der Artikel ist im Magazin zu finden Wissenschaft, kurz zusammengefasst von der American Association for the Advancement of Science.

Die Autoren sammelten mehrere hundert Boden- und Schmutzproben in der Nähe einer PET-Flaschen-Recyclinganlage und analysierten, welche Arten von Bakterien unter solchen Bedingungen leben. Unter den Proben gelang es Biologen, einen Bakterienstamm zu isolieren Ideonella sakaiensis 201-F6, das mithilfe spezieller Enzyme Kunststoff hydrolysieren konnte. Den Autoren zufolge sind diese Bakterien in der Lage, einen dünnen (0,2 Millimeter) Film aus Polyethylenterephthalat bei einer Temperatur von 30 °C in sechs Wochen zu verarbeiten. Es ist wichtig zu beachten, dass Organismen das Polymer nicht nur abbauen, sondern es auch zur Energiegewinnung nutzen.

Durch Bakterien zerstörte Polyethylenterephthalatfolie

Bakterien hydrolysieren das Polymer in zwei Stufen. Im ersten Schritt wird es in eine niedermolekulare Substanz umgewandelt, den Monohydroxyethylterephthalsäureester. Verantwortlich für diese Umwandlung ist ein Enzym, das Wissenschaftler PETase nennen. Das Monomer wird dann durch das nächste Enzym, die METase, zersetzt, was zur Bildung von Terephthalsäure und Ethylenglykol führt, deren weitere Umwandlungen gut beschrieben sind.

Schema des Polyethylenterephthalat-Stoffwechsels

Yoshida et al. / Wissenschaft, 2016

Die Autoren stellen fest, dass PETase in verwandten Bakterien keine engen Analoga aufweist, was auf eine schnelle Entwicklung hinweisen könnte. Laut Biologen bestätigt dies dies erneut Verschiedene Arten in der Lage, sich sehr schnell an Umweltveränderungen anzupassen.

Obwohl die Aktivität des Enzyms viel höher ist als bei anderen Analoga, die Plastik abbauen können, ist es für eine kommerzielle Nutzung immer noch nicht effektiv genug. Auf die Frage, was es aktiver macht, erhoffen sich die Autoren eine Antwort – so könnten neue, künstliche Enzyme entstehen und mit deren Hilfe eine schnelle Verwertung erfolgen Hausmüll wird möglich.

Wladimir Koroljow

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Student züchtet Bakterien, die Plastik verarbeiten

Dank einer Entdeckung der 23-jährigen Doktorandin der Abteilung für Angewandte Biologie und Mikrobiologie Anna Kashirskaya aus Astrachan kann das Problem der schnellen Zerstörung von Polymermaterialdeponien bald vollständig gelöst werden.

Das Experiment des jungen Wissenschaftlers dauerte fast ein Jahrzehnt. Anna begann bereits 2006 mit Bakterien zu arbeiten, als sie Kurse im „Young Microbiologist“-Club der ASTU besuchte. Heutzutage leitet Kashirskaya selbst die jungen Talente, die diesem Kreis beitreten. In dieser Zeit gelang es ihr, Bakterien zu isolieren, die das Polymermaterial nahezu vollständig in Wasser auflösten.

Seine Entdeckung erregte nicht nur bei Fachleuten Interesse. Kashirskayas Arbeit wurde von der regionalen Führung hoch geschätzt, insbesondere vom Gouverneur der Region Astrachan, Alexander Zhilkin, der versprach, nicht nur Anna, sondern auch andere junge Wissenschaftler aus Astrachan uneingeschränkt zu unterstützen.

Anna sagt Folgendes:

„Meine Familie ist die gewöhnlichste: Mama, Papa, jüngerer Bruder. Niemand hat etwas mit der Wissenschaft zu tun, obwohl mein jüngerer Bruder unter meiner Leitung ebenfalls begann, dem Kreativverein „Young Microbiologist“ beizutreten. Zusätzlich zu meinem Aufbaustudium bin ich Assistent und leitender Ingenieur in der Abteilung für Angewandte Biologie und Mikrobiologie der ASTU. Ich bin Leiterin des „Jungen Mikrobiologen“, wo ich selbst mein Studium der Mikrobiologie begonnen habe. Ich habe viele Hobbys. MIT frühe Kindheit studierte Gesang und nahm an vielen regionalen und gesamtrussischen Wettbewerben teil. Außerdem habe ich studiert Musikschule in Klavier und Gitarre. Ich habe 11 Jahre lang Volleyball gespielt. Außerdem nähe ich gerne Stofftiere.“

Umweltprobleme lassen die Menschen nicht gleichgültig. Es gibt viele Möglichkeiten zum Recycling Plastik-Müll. Meistens handelt es sich dabei um eine gewöhnliche Verbrennung oder Bestattung. Sie verstehen, dass dies ernsthaften Schaden anrichtet Umfeld. Derzeit versucht die Öffentlichkeit aktiv, „grüne Technologien“ zu fördern verschiedene Gebiete(ökologischer Biokraftstoff, Bioverpackung usw.). Ich hoffe wirklich, dass meine Entwicklung ihren logischen Abschluss findet und in die Ökologie unserer Region und vielleicht sogar Russlands umgesetzt wird, und dass dadurch die Belastung der Biosphäre durch eine solche Menge an angesammeltem Plastikmüll verringert wird. Natürlich möchte ich eine auf meiner Entwicklung basierende Lösung im ganzen Land umsetzen. Es könnte regelmäßig über Mülldeponien gesprüht werden, auf denen alle Polymerabfälle gelagert werden. Und die Pilze würden es nach und nach zerstören. Dies würde den Zersetzungsprozess des Kunststoffs erheblich beschleunigen. Die Zersetzungsprodukte können übrigens als Düngemittel verwendet werden. Das Ergebnis ist eine absolut abfallfreie Produktion.“

MOSKAU, 11. März – RIA Nowosti. Japanische Molekularbiologen haben ein ungewöhnliches Bakterium entdeckt, das Lavsan und andere Arten von Kunststoffen „fressen“ kann, und daraus die Enzyme extrahiert, die für die Zersetzung dieser Polymere verantwortlich sind, heißt es in einem in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Artikel.

Jedes Jahr landen etwa 300 Millionen Tonnen Plastikmüll auf den Mülldeponien der Erde, der Großteil davon wird nicht von Bodenmikroben zersetzt und bleibt Jahrzehnte oder sogar Hunderte von Jahren nahezu unberührt. Viele Plastikpartikel gelangen in die Gewässer der Weltmeere, gelangen dort in den Magen von Fischen und Vögeln und verursachen oft deren Tod.

Kenji Miyamoto von der Keio-Universität in Yokohama, Japan, und seine Kollegen fanden einen Weg, einen Großteil dieses Müllhaufens zu beseitigen, indem sie untersuchten, wie verschiedene Bakteriengemeinschaften auf das Vorhandensein von Polyethylenterephthalat (PET) reagieren. Bei der Herstellung wird dieser Thermoplast, auch Lavsan genannt, verwendet Plastikflaschen, Kleidung, Film und andere Speichermedien. PET macht ein Sechstel des gesamten Plastikmülls auf der Erde aus.

Während der Forschung unternahmen Wissenschaftler mehrere Ausflüge in die Natur, wo sie mehr als 250 Fragmente von Plastikmüll finden und extrahieren konnten, von denen einige Spuren teilweiser Zersetzung aufwiesen. Biologen analysierten die Genome von Bakterien, die im Boden neben diesen Plastikpartikeln lebten, und versuchten unter ihnen diejenigen zu identifizieren, die sich von PET ernähren konnten. Dazu wurden mikrobielle Kulturen auf dünnen Polymerfolien gepflanzt.

Wissenschaftler hatten Glück – sie entdeckten, dass das gewöhnliche Bodenbakterium Ideonella sakaiensis in der Lage ist, sich zu 100 % von Lavsan zu ernähren und seine Moleküle in Wasser und Kohlendioxid zu zerlegen.

Wissenschaftler interessieren sich dafür, wie dieses „plastikfressende“ Bakterium PET-Ketten in einzelne Einheiten zerlegt und verzehrt. Um diese Frage zu beantworten, analysierten Biologen die mikrobielle DNA-Struktur und fanden heraus, dass nur zwei Enzyme für die Zerstörung von Plastik verantwortlich sind.

Die erste – die sogenannte PEPase – zerlegt lange Polymerverbindungen in „Bausteine“ aus einem Molekül Ethylenglykol und Terephthalsäure, noch bevor der Kunststoff in das Bakterium gelangt. Das zweite Enzym, MHET-Hydrolase, zerlegt diese Einheiten in Ethylenglykol und Terephthalsäure, die dann von der Mikrobe in ihrer Lebensaktivität verwendet werden.

Der Prozess der Plastikzersetzung verläuft recht langsam – die Bakterien „fertigten“ den Film, den ihnen die Wissenschaftler anboten, nur sechs Wochen nach Beginn des Experiments. Angesichts der Tatsache, dass solcher Plastikmüll jedoch etwa 70 bis 100 Jahre auf Mülldeponien „lebt“, kann das Hinzufügen von Kolonien von Ideonella sakaiensis zu Müllhaufen seine Zersetzung erheblich beschleunigen. Darüber hinaus schlagen Wissenschaftler vor, dass synthetische Versionen von Enzymen zum Recycling und zur Zerstörung von Plastik verwendet werden können.