В океан попадает много пластиковых отходов, которые являются своего рода мрачным маркером эпохи антропоцена. В Тихом и Атлантическом океанах уже давно существуют плавающие свалки этого мусора, которые по размерам не уступают некоторым странам, а совсем недавно они начали появляться и в Арктике. Кроме того, некоторые необитаемые острова погребены под тоннами пластика.
Могут ли бактерии питаться пластиком
Несмотря на такое ужасное положение, ученые пришли к выводу, что количество пластика, которое мы выбрасываем каждый год, должно раз в сто превышать то, которое плавает в океане. Эта ситуация имеет несколько возможных объяснений, но в ходе нового исследования ученые пришли к выводу, что разрушать пластиковые отходы могут бактерии, живущие в океане.
Эта идея может показаться довольно странной, хотя только в прошлом году исследователи обнаружили, что недавно найденные виды бактерий способны разрушать молекулярные связи полиэтилентерефталата (ПЭТ) — одной из наиболее распространенных форм пластика. Эти бактерии в буквальном смысле используют его в качестве источника пищи.
Как правило, необходимо 450 лет, чтобы этот вид пластика полностью разложился в окружающей среде. Но бактерии справляются с ним всего за шесть недель. Именно эта информация навела команду исследователей из Университета Помпеу Фабра в Барселоне на мысль, что за отсутствие пластика в океанах мы должны в основном благодарить эти микроскопические организмы.
Хорошие новости?
На первый взгляд, новость о бактериях кажется хорошей, ведь это поможет снизить количество пластиковых отходов, которые накапливаются в океане. Сейчас огромное количество этого мусора попадает в организмы морских животных, что приводит к их смерти.
Тем не менее постарайтесь представить, что произойдет, если мы сможем и дальше выбрасывать пластик в океаны без каких-либо последствий. Скорее всего, это станет зеленым светом для производителей. Если эти бактерии смогут распространиться по всему земному шару, они снизят негативное воздействие человека на окружающую среду, и вряд ли кто-то станет утверждать, что это плохая идея.
Возможные объяснения
Хотя, конечно, нам не стоит слишком сильно полагаться на этих бактерий. Вполне возможно, что отходы, которых не досчитались ученые, погружаются в воду и хранятся на морском дне. Это значит, что однажды они могут снова всплыть на поверхность, хотя последствия такого события трудно прогнозировать.
Используя математическое моделирование, ученые сделали вывод, что другие геологические процессы или ошибки в подсчетах также могут объяснить несоответствие между глобальной скоростью производства пластмассы и ее присутствием в море.
В любом случае в настоящее время человечество продолжает выбрасывать огромное количество пластика в океаны. Хотя незначительное его количество перерабатывается, ситуация, скорее всего, не изменится, пока производители не согласятся заменить его биопластиком, который быстро разлагается в любой среде сразу же после того, как становится ненужным.
Благодаря многолетним исследованиям удалось отыскать бактерии, которым мусор, разлагающийся в природе столетиями, идет в пищу. Это можно назвать самым настоящим прорывом в области утилизации полимерных отходов. Поэтому корреспондент "РГ" помчалась в лабораторию Астраханского государственного технического университета. Именно здесь вывели микроорганизмы, пожирающие пластик.
Разработчиком новой технологии оказалась 23-летняя Анна Каширская, аспирант кафедры прикладной биологии и микробиологии университета. Эксперимент, начатый восемь лет назад, вылился в серьезную работу, которая, как надеется ее автор, найдет применение в реальной жизни.
Сегодня изделия из полимерных материалов используются повсеместно. Пожалуй, без полиэтиленовых пакетов современному человеку сложно даже представить поход в магазин. Пластиковая тара для молока и соков решительно потеснила стеклянную. Да и промышленные предприятия активно используют именно пластиковую упаковку, которая, по данным экспертов, сегодня составляет 40 процентов всего бытового мусора. Проблема утилизации твердых бытовых отходов в регионе, как и по всей России, стоит очень остро. Ежегодно тысячи тонн отходов складируются на загородных полигонах, при этом повсеместно ощущается нехватка новых мусороперерабатывающих предприятий.
Отслужив свой срок, пластик и полиэтилен отправляются на свалку, нанося тем самым огромный вред экологии. В Астраханской области, да и в других регионах, это грозит катастрофой, если не изобрести современный способ утилизации. Это я понимала еще в школе, - говорит Анна Каширская.
В 2006 году, будучи в девятом классе, Анна, увлеченно занимавшаяся в кружке при АГТУ "Юный микробиолог" (сегодня она, кстати, его уже возглавляет), начала опыты.
Восемь лет назад я взяла фрагмент полиэтиленового пакета размером четыре на четыре сантиметра и погрузила в обычную дистиллированную воду, куда добавила немного почвы с местного пустыря и два процента неорганических солей. Через месяц на поверхности воды образовалась зеленая пленка - это были водоросли. Разумеется, жидкость испарялась. Чтобы процесс шел непрерывно, я регулярно пополняла раствор водой, - говорит моя собеседница.
Периодически экспериментатор брала смывы с поверхности подопытного пакета. Вскоре ей удалось выделить бактерии, которые образовывались на нем постоянно. Ими оказались плесневые грибы микромицеты, для которых источником питания служит полиэтилен.
В процессе исследования под микроскопом выяснилось: грибы, растущие на поверхности полиэтилена, потребляют его частицы. При этом структура полиэтилена нарушилась. За восемь лет "испытуемый" потерял в весе около 30 процентов и стал очень хрупким, его прочность снизилась на 96 процентов, - констатирует научный сотрудник.
Получается, еще совсем чуть-чуть и пакет полностью растворится.
Было бы просто замечательно использовать достижение за пределами лаборатории. Для этого первым делом необходимо ввести раздельный сбор мусора. Чтобы, к примеру, пластиковые отходы собирались и свозились отдельно от других.
И что, их надо будет замачивать в растворе и выдерживать десятилетиями? - интересуюсь я.
Зачем же? Полученный раствор можно было бы периодически распылять над полигонами, где находит свое вековое пристанище весь полимерный мусор. А грибы медленно, но верно делали бы свое дело. В любом случае это ускорит процесс распада пластика, - уверена микробиолог.
Вот он, тот самый пакет. Анна подхватывает его аккуратно пинцетом со дна стеклянной банки. В других емкостях также лежат частицы полиэтилена. Для них старались создать другие условия. Например, перекрывали доступ кислорода крышкой, нагревали и охлаждали, экспериментировали с количеством солей и различным PH. Но оказалось, грибам - пожирателям пластика воздух просто необходим. А оптимальной для них является комнатная температура.
Кстати, продукты распада могут быть использованы в качестве удобрений. Таким образом получается безотходное производство, - приводит последний аргумент Анна Каширская.
Губернатора Астраханской области Александра Жилкина, присутствовавшего на конференции молодых ученых, где выступала Анна Каширская, очень заинтересовала разработка.
Данный проект будет поддержан региональным правительством. Мы также намерены стимулировать молодых ученых, чтобы они смогли добиться более впечатляющих результатов и сократить срок разложения полимерных отходов, которые сегодня складируются на астраханских полигонах, - подчеркнул глава региона.
За плечами астраханской изобретательницы участие во многих конференциях, где она с воодушевлением рассказывает о своем способе защиты экологии. Девушка уже стала победителем молодежного научно-инновационного конкурса "УМНИК". Полученный грант - 400 тысяч рублей Анна планирует потратить на дальнейшие эксперименты и обустройство лаборатории.
Кстати
Полиэтилен является одним из самых трудно разлагаемых веществ. Он обладает высокой прочностью, водостойкостью и является химически инертным. Существуют различные способы утилизации полимерных отходов (захоронение, сжигание, вторичная переработка), но эти методы имеют ряд недостатков. В Астраханской области не производится вторичная переработка пластика. По некоторым данным, лишь 53 процента мусорных свалок из 300 являются санкционированными. При нагревании и сжигании пластика образуются токсические вещества, в том числе угарный газ, формальдегид и многие другие. Они чрезвычайно вредны для здоровья, являются причиной возникновения тяжелых заболеваний, в том числе онкологии. Применение астраханской биотехнологии способствует снижению токсических веществ и позволяет добиться уничтожения полиэтилена в десятки раз быстрее, чем в природной среде.
Ученые создали фермент, способный уничтожать пластик, а особенно хорошо он справляется с пластиковыми бутылками. Это достижение позволит справиться с огромным количеством пластика, загрязняющего планету.
В 2016 году на свалке в Японии были обнаружены бактерии, способные поглощать пластик. На процесс, обычно занимающий столетия, у них уходили считанные дни. Теперь же ученым удалось определить структуру фермента, который бактерии для этого используют, и синтезировать его. Когда команда протестировала полученный фермент, оказалось, что он справляется с полиэтилентерефталатом (ПЭТ), из которого делают бутылки для напитков, еще лучше оригинала.
«Оказалось, что мы улучшили фермент. Мы были немного шокированы, - говорит профессор Джон Макгихан из Портсмутского университета в Великобритании. - Это настоящее открытие. … Это скромное улучшение, на 20%, но не в этом дело, - рассказывает Макгихан. - Произошедшее показывает, что фермент еще не оптимизирован. Это дает нам возможность использовать все технологии, которые годами применялись в разработке других ферментов, и создать фермент, работающий сверхбыстро».
Исследователи определили структуру фермента, используя синхротрон Diamond, способный производить мощное рентгеновское излучение, которое позволяет разглядеть структуру отдельных атомов. Фермент оказался похожим на тот, что бактерии обычно используют для разрушения природного полимера кутина - воска, которым часто покрыта кожица плодов.
«Мы надеемся использовать этот фермент, чтобы разложить пластик на его составляющие, а затем снова использовать их для производства пластика. Это значит, что не нужно будет добывать еще больше нефти и что можно будет уменьшить количество пластика в окружающей среде», - отмечает Макгихан.
Одно из возможных улучшений - пересадить фермент бактериям-экстремофилам, способных выдерживать температуру выше 70°С - при ней плавится ПЭТ, а в расплавленном виде он разлагается в 10-100 раз быстрее. Также способствовать разложению пластика могут и некоторые грибки, но бактерии легче использовать в промышленных целях.
Для уничтожения других видов пластика можно будет использовать бактерий, которые в настоящее время эволюционируют в окружающей среде, уверен Макгихан. Хотя большая часть пластика находится в океане, исследователи рассчитывают, что можно будет доставить поедающие пластик бактерии к этим скоплениям мусора.
«Я думаю, это очень интересная работа, которая показывает, что есть потенциал для использования ферментов в борьбе с растущей проблемой отходов, - считает химик Оливер Джонс. - Ферменты нетоксичны, биоразлагаемы и их можно получить с помощью микроорганизмов в больших количествах».
Берточини, научный сотрудник Испанского института биомедицины и биотехнологий, заинтересовалась феноменом и провела вместе с биохимиками из Кембриджа научный эксперимент. Были взяты около сотни личинок, которые поместили в обыкновенный пластиковый пакет, купленный в британском магазине, и стали ждать появления дырок. Как выяснилось, сотня гусениц способна расправиться с 92 мг полиэтилена за 12 часов.
Каждую минуту в мире продается около миллиона пластиковых бутылок. Переработке подвергаются лишь 14% из них. Многие из оставшихся попадают в океаны, загрязняя даже самые удаленные уголки, нанося вред морским обитателям и - потенциально - потребителям морепродуктов.
Сегодня из бутылок, попавших на переработку, изготавливаются непрозрачные волокна, которые становятся материалом для одежды и ковров. Но благодаря использованию фермента из них можно будет делать новые пластиковые бутылки, что избавит от необходимости производить больше пластика.
Источники: newsland.com, Facepla.net
Ученые создали фермент, способный уничтожать пластик, а особенно хорошо он справляется с пластиковыми бутылками. Это достижение позволит справиться с огромным количеством пластика, загрязняющего планету. О результатах они рассказали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .
В 2016 году на свалке в Японии были обнаружены бактерии, способные поглощать пластик. На процесс, обычно занимающий столетия, у них уходили считанные дни. Теперь же ученым удалось определить структуру фермента, который они для этого используют, и синтезировать его. Когда команда протестировала фермент, оказалось, что он стал справляться с полиэтилентерефталатом (ПЭТ), из которого делают бутылки для напитков, еще лучше оригинала.
«Оказалось, что мы улучшили фермент. Мы были немного шокированы, — говорит профессор Джон Макгихан из Портсмутского университета в Великобритании. — Это настоящее открытие».
При этом исследователи надеются, что им удастся улучшить его, заставив работать еще быстрее.
«Мы надеемся использовать этот фермент, чтобы разложить пластик на его составляющие, а затем снова использовать их для производства пластика. Это значит, что не нужно будет добывать еще больше нефти и что можно будет уменьшить количество пластика в окружающей среде», — отмечает Макгихан.
Каждую минуту в мире продается около миллиона пластиковых бутылок. Переработке подвергаются лишь 14% из них. Многие из оставшихся попадают в океаны, загрязняя даже самые удаленные из уголки, нанося вред морским обитателям и — потенциально — потребителям морепродуктов.
«Пластик чрезвычайно устойчив к разложению», — поясняет Макгихан.
Сегодня из бутылок, попавших на переработку, изготавливаются непрозрачные волокна, которые становятся материалом для одежды и ковров. Но благодаря использованию фермента из них можно будет делать новые пластиковые бутылки, что избавит от необходимости производить больше пластика.
«Нам приходится жить с тем фактом, что нефть стоит мало, поэтому и производство ПЭТ обходится дешево, — отмечает Макгихан. —
Производителям легче создавать больше пластика, чем пытаться его перерабатывать».
Для начала исследователи определили структуру фермента, который производят бактерии из Японии. Для этого они использовали синхротрон Diamond, способный производить мощное рентгеновское излучение, которое позволяет разглядеть структуру отдельных атомов. Фермент оказался похожим на тот, что бактерии обычно используют для разрушения природного полимера кутина — воска, которым часто покрыта кожица плодов. Манипуляции с ферментом в процессе изучения его работы случайно привели к улучшению его способности разлагать пластик.
«Это скромное улучшение, на 20%, но не в этом дело, — рассказывает Макгихан. — Произошедшее показывает, что фермент еще не оптимизирован. Это дает нам возможность использовать все технологии, которые годами применялись в разработке других ферментов, и создать фермент, работающий сверхбыстро».
Одно из возможных улучшений — пересадить фермент бактериям-экстремофилам, способных выдерживать температуру выше 70°С — при ней плавится ПЭТ, а в расплавленном виде он разлагается в 10-100 раз быстрее. Также способствовать разложению пластика могут и некоторые грибки, но бактерии легче использовать в промышленных целях.
Для уничтожения других видов пластика можно будет использовать бактерий, которые в настоящее время эволюционируют в окружающей среде, уверен Макгихан. Хотя большая часть пластика находится в океане, исследователи рассчитывают, что можно будет доставить поедающие пластик бактерии к этим скоплениям мусора.
«Я думаю, это очень интересная работа, которая показывает, что есть потенциал для использования ферментов в борьбе с растущей проблемой отходов, — считает химик Оливер Джонс. —
Ферменты нетоксичны, биоразлагаемы и их можно получить с помощью микроорганизмов в больших количествах».
Берточини, научный сотрудник Испанского института биомедицины и биотехнологий, заинтересовалась феноменом и провела вместе с биохимиками из Кембриджа научный эксперимент. Были взяты около сотни личинок, которые поместили в обыкновенный пластиковый пакет, купленный в британском магазине, и стали ждать появления дырок. Как выяснилось, сотня гусениц способна расправиться с 92 мг полиэтилена за 12 часов.
В старых научно-популярных журналах обнаруживаются порой удивительные вещи. Для меня такой жемчужиной, найденной во время ленивого «сёрфинга» по подшивке «Науки и жизни» 70-х, стал рассказ «Мутант-59». Вот он , в том самом варианте в библиотеке Мошкова - и я его крайне рекомендую. Чтобы не портить удовольствия, сюжет вкратце: действие построено вокруг выведенного учёными микроорганизма, способного пожирать все виды пластика. Он вырывается на волю и мир встаёт на грань катаклизма, сравнимого с ядерным…
Написанный на исходе 60-х, рассказ этот был одной из первых попыток прощупать нашу зависимость от пластмасс - уже тогда сильную. Но авторы «Мутанта» и представить не могли, насколько сильней она станет за следующие сорок лет! Мало того, что использование пластиков выросло почти двадцатикратно (сегодня ежегодно их производится более 300 млн. тонн), так и максимум ещё не выбран и в следующие двадцать лет, как ожидается, мы удвоим потребление.
Пластик - «выращенный» на углеводородах искусственный материал, хорошо останавливающий воду и слабо восприимчивый к агрессивным факторам земной среды. Вот чем объясняется его популярность. Но у всякой палки два конца: поскольку ничего подобного до сих пор не существовало, природа не имеет средств для безопасного уничтожения пластиковых отходов - накапливающихся пропорционально росту потребления. Мусор мог бы копиться и медленней, однако - прискорбный факт! - большинство изделий из пластика одноразового использования.
Конечно, природе может и должен помочь сам человек, но… Оценки даются разные, однако, в общем и целом, можно утверждать, что переработке подвергается меньше трети пластиковой продукции. Остальное оседает в лучшем случае на организованных свалках, в худшем же разлетается по континентам и утекает в океан, где у пластика начинается вторая жизнь.
Поскольку микроорганизмов, способных пластик разлагать, нет, под действием света, температуры, механических факторов, вялотекущих химических реакций, мусор распадается на всё более мелкие частицы, . Процесс этот даже для банальной бутылки из под питьевой воды, например, требует почти пятьсот лет - и протекает отнюдь не без последствий для живых существ. Частью всё это оседает и формирует уникальные, замешанные на пластмассах, «окаменелости» (из-за чего археологи уже называют наш век Эпохой пластика), но в значительной степени ещё и поглощается разными формами жизни, от птиц и крупных млекопитающих до мельчайшего зоопланктона.
Те, конечно же, тоже не понимают, с чем столкнулись: не успели приспособиться за всего-то сотню лет (историю ведут от целлулоида, появившегося в 1855 году). Они принимают цветные кусочки за пищу, болеют и мрут (частицы забивают пищеварительный тракт, душат, травят), становятся пищей сами. Зоопланктон, например, служит основанием морской пищевой пирамиды, так что потребляемый микроскопическими рачками пластик в конце концов оказывается в наших желудках.
Всё могло бы быть иначе, если б в природе существовала, скажем, бактерия, способная жить и выживать на пластиковой диете. Однако до последнего времени таковая оставалась фантастикой. Да, известны некоторые формы плесени, да, велись какие-то эксперименты с обнадёживающими результатами над микробами, но тем всё и ограничивалось. И вот на днях японцы нужную бактерию нашли . Добро пожаловать в светлое будущее!
Набрав образцов лежалого пластикового мусора, японцы изучали его в поисках следов ускоренного разложения. И таким вот нехитрым образом сделали свою эпохальную находку. Бактерия, названная Ideonella sakaiensis, похоже, является эволюционировавшей естественным путём разновидностью микроорганизма, известного науке. Она вырабатывает химические вещества (энзимы), разлагающие один из видов пластика до промежуточных соединений, которые уже и употребляет в пищу.
По сравнению со своим фантастическим предком, I.s. выглядит безобидной. Во-первых, она специализируется только на пластике PET (известном у нас как лавсан), который хоть и весьма популярен (прежде всего как сырьё для упаковки пищевых продуктов и воды), но занимает лишь пятую часть в мировом производстве пластмасс. Во-вторых, на съедение тонкого слоя с поверхности пластикового изделия, ей требуются недели, да и пластик лучше подготовить (термически обработав), чтобы сделать механически непрочным.
Но лиха беда начало! Ideonella sakaiensis - живое свидетельство того, что природа начала приспосабливаться к пластиковому веку. И есть хорошая надежда, что генные инженеры помогут ей сделать это быстрей: ускорить процесс переваривания, натравить на другие пластики.
Тут-то мы и возвращаемся к рассказу сорокалетней давности. Что авторы уже тогда точно подметили, так это нашу зависимость от пластмасс. Бактерия, переваривающая пластик, чрезвычайно ценна в плане борьбы с пластиковым мусором - однако проблема в том, что разбирать, где мусор, а где полезные человеку вещи, мутант конечно же не станет. «Гниение» тары для питьевой воды и упаковок пищевых продуктов - только начало. Когда Природа или инженеры научат бактерии кушать другие пластики - что, судя по комментариям учёных к работе японцев, представляется возможным - нам придётся реально туго.
Оглянитесь вокруг, вот прямо сейчас, не вставая с рабочего места. Прикиньте, какова наша зависимость от пластика! «Волшебная» невосприимчивость к гнили, ржавчине, температурам, влажности, сделали его самым популярным конструкционным материалом третьего тысячелетия. Пластик - это столы и стулья, корпуса и изоляция электронных устройств, носители данных и упаковка, пластик везде, пластик во всём! Жизнь таки нашла дорогу - и нам бы радоваться, да вот только это наверняка сделает уже нашу жизнь сложнее…
