Environmental Science & Technology: Выяснилось, как именно бактерии едят пластик

Не любите пластмассу? Вы просто не умеете ее готовить. Исследователи выяснили, как бактерии Comamonas расщепляют пластик. Они разгрызают его на нанопластик и выделяют специальный фермент, который ещё больше измельчает материал. Кольцо атомов углерода из пластика служит бактериям пищей.

Это открытие даёт возможность разрабатывать инженерные решения на основе бактерий для очистки трудноудаляемых пластиковых отходов, которые загрязняют питьевую воду и вредят природе.

Исследование опубликовано в журнале Environmental Science & Technology.

Бактерия, обитающая в сточных водах, может разрушать и использовать пластик как источник углерода, — говорит Людмила Аристильде из Северо-Западного университета.

Учёные определили ключевой фермент, который отвечает за расщепление пластика. Его можно оптимизировать и применять для очистки окружающей среды от пластиковых отходов.

Аристильде — доцент экологической инженерии в Северо-Западной инженерной школе Маккормика. Она также работает в Центре синтетической биологии, Международном институте нанотехнологий и Институте устойчивости и энергетики Паулы М. Триененс.

Исследование Аристильде провела вместе с Ребеккой Уилкс, бывшей аспиранткой в её лаборатории, и Нанцином Чжоу, нынешним постдокторантом в лаборатории Аристильде. Также в работе участвовали несколько бывших аспирантов и студентов из лаборатории Аристильды.

Проблема загрязнения

Новое исследование основано на результатах предыдущей работы группы Аристильде. Тогда были раскрыты механизмы, которые позволяют микроорганизму Comamonas testosteri перерабатывать простые углеводороды от разрушенных растений и пластика.

Аристильде и её команда изучили C. testosteroni, которая растёт на одном из самых распространённых видов пластика — полиэтилентерефталате (ПЭТ). Из него делают пищевую упаковку и бутылки для напитков. ПЭТ долго не разлагается, поэтому является одним из основных загрязнителей окружающей среды.

На долю ПЭТ приходится 12% от общего объёма использования пластика в мире, а также до 50% микропластика в сточных водах, — говорит Аристильде.

Врожденная способность разлагать пластик

Аристильде и её команда изучали, как бактерия C. testosteroni взаимодействует с пластиком и питается им. Они вырастили бактерию на ПЭТ-плёнках и гранулах, а затем изучили поверхность пластика под микроскопом. Также они исследовали воду вокруг бактерий. Наконец, учёные определили, какие инструменты бактерия использует для разложения ПЭТ.

Бактерии разлагали микропластик до наночастиц, — говорит Аристильде.

Мы обнаружили, что одна из бактерий, обитающих в сточных водах, может разлагать пластик до мономеров — небольших строительных блоков, из которых состоит полимер. Эти блоки являются источником углерода, который бактерии используют для роста.

Аристильде убедилась, что C. testosteroni может разлагать пластик, и решила выяснить, как именно это происходит.

С помощью специальных методов её команда обнаружила фермент, который бактерия выражала при воздействии полиэтиленовых пластиков. Аристильде попросила коллег из Национальной лаборатории Оук-Ридж в Теннесси подготовить бактериальные клетки, не обладающие способностью выражать этот фермент. Без этого фермента способность бактерий к разложению пластика пропадала или значительно снижалась.

Как пластик изменяется в воде

Аристильде считает, что это открытие может помочь решить экологические проблемы. Также новые знания позволят лучше понять, как пластик эволюционирует в сточных водах.

Сточные воды — это резервуар микропластика и нанопластика. Большинство людей думают, что нанопластики попадают в очистные сооружения уже в виде нанопластиков. Но мы с коллегами показали, что нанопластик может образовываться в процессе очистки сточных вод благодаря деятельности микроорганизмов. Это важно, поскольку наше общество пытается понять поведение пластика на всём его пути от сточных вод до рек и озёр.

03.10.2024