В поисках выхода: могут ли микробы, поедающие пластик, решить проблему утилизации
«Мы надеемся найти наиболее эффективные микробы, которые смогут поедать или разрушать пластик».
Ученый Исследовательского центра океанографии Индонезии собирает образцы слизи, чтобы вырастить микробы, которые будут питаться только пластиком и решат проблему утилизации. Мухаммад Реза Кордова не единственный, кто загорелся этой идей, некоторые ученые уже обнаружили бактерии, обладающие ферментами, способными расщеплять обычный пластик, который, например, используется для изготовления бутылок.
Белки, ускоряющие химические реакции — ферменты микробов - могут помочь переработать некоторые виды пластика, большую часть которого закапывают на свалках, сжигают или спускают в реки и океан. Лучше всего ферменты работают с пластиком, в котором атомы углерода соединяются кислородными связями. Такие полимеры, называемые сложными полиэфирами, также содержатся в растительных волокнах, которыми бактерии питались миллионы лет. Использование ферментов потенциально более экологичный и экономичный подход разрушения пластмасс.
Французская компания Carbios создала бактериальный фермент и начала строительство демонстрационной фабрики по экологичной переработке пластика. Самая сложная задача для промышленных масштабов переработки — сделать это качественно и в кратчайшие сроки. Тем более пластик включает в себя десятки различных молекул, состоящих из длинных цепочек атомов, каждая молекула обладает различными химическими свойствами и распадается при особых условиях. Упаковка для чипсов, например, сделана из абсолютно разных видов пластика, а на ее внутреннею поверхность нанесен металлизированный слой.
Сегодня в мире, по данным Гринпис, 90% производимого пластика никак не перерабатывается, потому что невозможно переработать все виды пластика вместе. Ферменты, в отличие от многих промышленных химических реагентов, работают при относительно низких температурах, они разборчивы, понимают, с какой молекулой взаимодействуют и нацеливаются на конкретный полимер. В 2016 команда японских ученых нашла возле завода по переработке отходов бактерию, которая, что называется, питала страсть к полиэтилентерефталату (ПЭТ). Этот вид пластика используется в производстве бутылок, составляет ⅕ от производства всего пластика на планете. Бактерия с помощью вырабатываемых ферментов поедала и расщепляла его на строительные блоки, терефталевую кислоту и этиленгликоль.
Ученым Портсмутского университета Великобритании под руководством биолога Джона МакГихана, удалось узнать их структуру. В этом проекте и участвует индонезиец Мухаммад Реза Кордова. Команда исследователей кристаллизировала ферменты, затем с помощью рентгена облучила кристаллы и увидела, что ферменты, разрушающие ПЭТ, имеют на своей поверхности впадину, в которую укладывается молекула пластика. После чего тройка аминокислот атакует звенья полимера, соединяющие молекулы. МакГихан надеется найти последовательность ДНК, которая кодирует аналогичные молекулы. Исследователи надеются модифицировать белки, потому что найти «суперферменты», созданные природой, невозможно.
В идеале ученые видят такой полный круг переработки: модифицированные версии природных белков определяют тип пластика в смеси, затем производят чистые мономеры (молекулу, которая при соединении с другими мономерами образует полимеры). Потом из полученных мономеров можно производить новые пластиковые изделия.
Пока мечта о быстрой переработке остается мечтой. Ферменты, как уже было сказано, лучше всего работают со сложными полиэфирами. А вот более жесткие пластмассы, где атомы углерода связаны напрямую, требуют для разложения высоких температур. Жесткая пластмасса — это половина производимого пластика (полиэтилен, полипропилен и т.д.), а ферменты с ним работают гораздо медленнее промышленных химикатов.
По материалам sciencemag.org.