Как бактерии и насекомые перерабатывают пластик?
По данным ООН на сегодняшний день в год выделяется около 400 миллионов тонн пластиковых отходов. При этом темпы производства этого материала продолжают увеличиваться быстрее, чем любого другого. Согласно прогнозу, к 2050 году мировое производство приблизится к 1100 миллионам тонн.
Главная проблема не в том, как мир производит или использует пластик, а куда он отправляется из мусорных контейнеров. Система раздельного сбора отходов пока не позволяет добиться полной загрузки профильных предприятий по переработке пластика. Вместо того, чтобы приносить пользу обществу и экологии, пластиковые изделия оказываются на полигонах и свалках. Тем более производство пластика «с нуля» выходит экономически выгоднее, чем его переработка. Тем временем частицы пластика находят в еде, напитках и даже в крови людей и животных.
В поиске быстрого, экологичного и дешёвого способа утилизации пластиковых отходов учёные заметили, что бактерии научились разлагать пластик.
Микроорганизмы придут на помощь
Белов Денис, кандидат химических наук, сотрудник Федерального исследовательского центра Института прикладной физики РАН:
Биодеградация (разрушение сложных веществ или материалов в результате деятельности живых организмов) термопластика, или кратко - ПЭТ, привлекает все больше внимания как экологически чистая альтернатива другим методам переработки отходов, что является эффективным методом контроля загрязнения пластиком. Процесс требует умеренной температуры, небольшого энергопотребления, несложного аппаратурного оформления процесса. Продукты биодеградации ПЭТ могут быть легко встроены в существующие технологические линии.
В 2016 году исследователи из Киотского технологического института в Японии обнаружили новый штамм бактерии, называемый Ideonella sakaiensis, которая в процессе питания способна быстро разлагать пластик. Есть мнение, что этот микроорганизм эволюционировал в почвах, содержащих ПЭТ. Новость об этом неожиданном открытии быстро разлетелась по миру. Позже подобные открытия были сделаны в США и Германии.
Белов Денис, кандидат химических наук, сотрудник Федерального исследовательского центра Института прикладной физики РАН:
Перспективы метода широки. Открытие бактерии Ideonella sakaiensis создает предпосылки для развития биоремедиации – технологии переработки отходов с использованием живых организмов. Было высказано предложение о необходимости ускорить процесс, встроив выявленные гены, участвующие в разложении пластика, в быстро размножающуюся бактерию Escherichia coli.
В настоящее время широко применяются инструменты генетической и белковой инженерии для увеличения способности микроорганизмов и их ферментов к деградации ПЭТ.
Это не единственный пример живого организма, способного быстро и экологично разлагать пластик. Бактерия Thermobifida fusca была открыта в 2005 году. Ее естественная среда обитания – гниющее сено, удобрения, компостные кучи и городские мусорные свалки.
В 2011 году биохимики из Йельского университета обнаружили гриб Pestalotiopsismicrospora из джунглей в Эквадоре. Он способен питаться и перерабатывать не только твердый, но и жидкий пластик, а также синтетические волокна в одежде.
Белов Денис, кандидат химических наук, сотрудник Федерального исследовательского центра Института прикладной физики РАН:
К сожалению, у данного метода есть определенные ограничения. Не все природные штаммы микроорганизмов имеют ферментативный аппарат, приспособленный к гидролизу (химическая реакция, в результате которой происходит разложение) сложноэфирных связей в полимере (вещества, в молекулах которых многократно повторяются одинаковые структурные звенья). Кроме того, свойства, которые делают ПЭТ незаменимым и универсальным материалом, также наделяют его опасной устойчивостью к биоразложению, что способствует сохранению и накоплению его в окружающей среде. Высокая стабильность основной цепи полимера, а также его кристалличность и гидрофобность поверхности являются одними из основных факторов, ограничивающих естественное разрушение этого пластика.
Насекомые, которые едят пластик
Российские ученые из технопарка «Якутия» занимаются проектом «СахаКсенос», который предполагает создание раствора, способный разрушать пластик. Для этого ученые изучают свойства личинок большой восковой моли. Большая восковая моль (или по другому огневка пчелиная) представляет собой паразита медоносных пчел. Их гусеницы активно питаются воском ульев. Способность восковой моли перерабатывать воск оказалась связана с их способностью расщеплять пластик. Это связано с частичной схожестью в составе воска и полиэтилена. Гусеницы проявляют большой интерес к поеданию пластмассы и 100 личинок способны переработать около 100 грамм пластика.
Еще один интересный вид насекомых, способные перерабатывать пластик в биоразлагаемые отходы - мучной хрущак. Личинки широко распространены и часто используются, как корм для насекомоядных домашних животных. Также доказано их устойчивость к токсинам в составе пластика. Эксперимент показал, что в течении суток колония мучных червей потребляет около 30 миллиграммов пластика.
Использование живых организмов для переработки пластикового мусора может значительно снизить нагрузку на предприятия для утилизации отходов. Изучение и разработка методов для утилизации пластикового мусора является очень перспективной областью для дальнейших исследований.
Текст: Яна Ковалёва