Ученые создали микроорганизм, который расщепляет пластик в океане

Исследователи генетически сконструировали морской микроорганизм, способный расщеплять пластик в соленой воде. В частности, модифицированный микроорганизм способен расщеплять полиэтилентерефталат — пластик, используемый во всех сферах, от бутылок для воды до одежды, и являющийся одним из основных источников загрязнения океанов микропластиком.

Это очень интересно, поскольку нам необходимо решить проблему загрязнения морской среды пластиком, — говорит Натан Крук (Nathan Crook), соответствующий автор статьи о работе и доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии Университета штата Северная Каролина.

Один из вариантов — извлечь пластик из воды и поместить его на свалку, но это сопряжено с определенными трудностями. Было бы лучше, если бы мы могли разлагать эти пластики на продукты, которые можно использовать повторно. Для этого необходим недорогой способ разложения пластика. Наша работа — большой шаг в этом направлении.

Для решения этой задачи исследователи работали с двумя видами бактерий. Первая бактерия, Vibrio natriegens, обитает в соленой воде и примечательна, в частности, тем, что очень быстро размножается. Вторая бактерия, Ideonella sakaiensis, примечательна тем, что вырабатывает ферменты, позволяющие ей расщеплять ПЭТ и питаться им.

Исследователи взяли у I. sakaiensis ДНК, отвечающую за производство ферментов, расщепляющих пластик, и включили эту генетическую последовательность в плазмиду. Плазмиды — это генетические последовательности, которые могут реплицироваться в клетке независимо от ее собственной хромосомы. Другими словами, плазмиду можно пронести в чужую клетку, и она будет выполнять инструкции, заложенные в ДНК плазмиды. Именно так и поступили исследователи.

Внедрив плазмиду, содержащую гены I. sakaiensis, в бактерии V. natriegens, исследователи смогли заставить V. natriegens вырабатывать нужные ферменты на поверхности своих клеток. Затем исследователи продемонстрировали, что V. natriegens способна расщеплять полиэтилентерефталат в соленой воде при комнатной температуре.

С научной точки зрения это очень интересно, поскольку впервые удалось заставить V. natriegens экспрессировать чужеродные ферменты на поверхности клеток, — говорит Крук.

«С практической точки зрения это также первый известный нам генно-инженерный организм, способный расщеплять микропластик ПЭТ в соленой воде», — говорит Тянью Ли, первый автор статьи и аспирант NC State. „Это очень важно, поскольку экономически нецелесообразно извлекать пластик из океана и промывать его от солей высокой концентрации, прежде чем начинать какие-либо процессы, связанные с расщеплением пластика“.

Однако, несмотря на то, что это важный первый шаг, остаются еще три существенных препятствия, — говорит Крук.

Во-первых, мы хотели бы включить ДНК I. sakaiensis непосредственно в геном V. natriegens, что позволило бы сделать производство ферментов, расщепляющих пластик, более стабильным свойством модифицированных организмов. Во-вторых, необходимо дополнительно модифицировать V. natriegens таким образом, чтобы он мог питаться побочными продуктами, образующимися при расщеплении ПЭТ. И наконец, необходимо модифицировать V. natriegens таким образом, чтобы из ПЭТФ получался желаемый конечный продукт — например, молекула, являющаяся полезным сырьем для химической промышленности.

«Честно говоря, третья задача — самая простая из трех», — говорит Крук. Разложение ПЭТФ в соленой воде было самой сложной частью».

Мы также готовы пообщаться с промышленными группами, чтобы узнать больше о том, какие молекулы было бы наиболее целесообразно использовать для производства V. natriegens, — заключает Крук.

Учитывая спектр молекул, которые мы можем побудить бактерии производить, и потенциально огромные масштабы производства, какие молекулы могли бы найти рынок в промышленности?

14.09.2023