ВходБактерии разлагающие пластик. Tag: бактерии едят пластик. Самая простая плоская модель клетки из пластилина на картоне
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.
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.
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
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.»
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.