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.
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.
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
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…
Похожие статьи
