Чи можуть мікроби, що поїдають пластик, вирішити проблему утилізації

Біолог Мухаммад Реза Кордова шукає скарби серед пластикових пляшок, пакетів та інших відходів, що покривають пляжі Індонезії. Серед бруду і сісся він сподівається знайти мікроорганізми, які допоможуть вирішити проблему утилізації сміття.

«Ми сподіваємося знайти найбільш ефективні мікроби, які зможуть поїдати або руйнувати пластик».

Вчений Дослідницького центру океанографії Індонезії збирає зразки сум, щоб виростити мікроби, які будуть харчуватися тільки пластиком і вирішать проблему утилізації. Мухаммад Реза Кордова не єдиний, хто загорівся цією ідею, деякі вчені вже виявили бактерії, що володіють ферментами, здатними розщеплювати звичайний пластик, який, наприклад, використовується для виготовлення пляшок.

Білки, які прискорюють хімічні реакції - ферменти мікробів - можуть допомогти переробити деякі види пластику, більшу частину якого закопують на звалищах, спалюють або спускають в річки і океан. Найкраще ферменти працюють з пластиком, в якому атоми вуглецю з'єднуються кисневими зв'язками. Такі полімери, які називають складними поліефірами, також містяться в рослинних волокнах, якими бактерії харчувалися мільйони років. Використання ферментів потенційно більш екологічний і економічний підхід руйнування пластмас.

Французька компанія Carbios торік створила бактеріальний фермент і почала будівництво демонстраційної фабрики з екологічної переробки пластику. Найскладніше завдання для промислових масштабів переробки - зробити це якісно і в найкоротші терміни. Тим більше пластик включає десятки різних молекул, що складаються з довгих ланцюжків атомів, кожна молекула володіє різними хімічними властивостями і розпадається при особливих умовах. Упаковка для чіпсів, наприклад, зроблена з абсолютно різних видів пластику, а на її внутрішню поверхню нанесено металізований шар.

Сьогодні у світі, за даними Грінпіс, 90% виробленого пластику ніяк не переробляється, тому що неможливо переробити всі види пластику разом. Ферменти, на відміну від багатьох промислових хімічних реагентів, працюють при відносно низьких температурах, вони розбірливі, розуміють, з якою молекулою взаємодіють і націлюються на конкретний полімер. У 2016 році команда японських вчених знайшла біля заводу з переробки відходів бактерію, яка, що називається, живила пристрасть до поліетилентерефталату (ПЕТ). Цей вид пластику використовується у виробництві пляшок, становить ⅕ від виробництва всього пластику на планеті. Бактерія за допомогою вироблених ферментів поїдала і розщеплювала його на будівельні блоки, терефталеву кислоту і етиленгліколь.

Вченим Портсмутського університету Великобританії під керівництвом біолога Джона МакГіхана, вдалося дізнатися їх структуру. У цьому проекті бере участь індонезієць Мухаммад Реза Кордова. Команда дослідників кристалізувала ферменти, потім за допомогою рентгена опромінювала кристали і побачила, що ферменти, що руйнують ПЕТ, мають на своїй поверхні западину, в яку вкладається молекула пластику. Після чого трійка амінокислот атакує ланки полімеру, що з'єднують молекули. МакГіхан сподівається знайти послідовність ДНК, яка кодує аналогічні молекули. Дослідники сподіваються модифікувати білки, тому що знайти «суперферменти», створені природою, неможливо.

В ідеалі вчені бачать таке повне коло переробки: модифіковані версії природних білків визначають тип пластику в суміші, потім виробляють чисті мономери (молекулу, яка при з'єднанні з іншими мономерами утворює полімери). Потім з отриманих мономерів можна виробляти нові пластикові вироби.

Поки мрія про швидку переробку залишається мрією. Ферменти, як вже було сказано, найкраще працюють зі складними поліефірами. А ось більш жорсткі пластмаси, де атоми вуглецю пов'язані безпосередньо, вимагають для розкладання високих температур. Жорстка пластмаса - це половина виробленого пластику (поліетилен, поліпропілен і т. д.), а ферменти з ним працюють набагато повільніше промислових хімікатів.

За матеріалами sciencemag.org.