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.