Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре создали искусственную бактериальную среду, повторяющую кишечник личинок вида Zophobas atratus, способных переваривать пластик. Масштабирование этого подхода может повысить успехи в борьбе с загрязнением Земли мусорным пластиком.
Zophobas atratus / Ⓒ The Scientist
В последнее десятилетие личинки чешуекрылых и жесткокрылых насекомых, таких как Tenebrio molitor, Spodoptera frugiperda, Galleria mellonella и Zophobas atratus продемонстрировали свою способность расщеплять пластик. В частности, скрининг микробиома кишечника этих личинок показал новые бактериальные штаммы, специализирующиеся на этом: Klebsiella sp. EMBL-1, Massilia sp. FS1903, Pseudomonas sp. EDB1, Bacillus sp. EDA4 и Brevibacterium sp. EDX.
Однако скармливать полимерные отходы личинкам напрямую оказалось неэффективно — одна особь съедает лишь несколько миллиграммов пластмассы за свою жизнь, поэтому для применения метода в промышленном объеме потребуется огромное количество личинок, что нерентабельно.
В новом исследовании, чьи результаты опубликованы в журнале Environment International (EnvInt), ученые из Наньянского технологического университета Сингапура решили создать масштабируемую копию кишечной среды этих суперличинок, которая, по их мнению, смогла бы устойчиво перерабатывать значительное количество мусорного пластика. Приобретя в местном зоомагазине пятинедельных личинок для корма домашних рептилий (Zophobas atratus), они разбили их на группы и 30 дней кормили полиэтиленом высокой плотности, полипропиленом и полистиролом.
Затем ученые извлекли микробиомы из кишок личинок, жующих пластик, и инкубировали их в колбах, наполненных синтетическими питательными веществами и тремя пластиками, позволив развиться в искусственный кишечник, процесс занял шесть недель. Пластиковая диета оказала незначительное влияние на бактериальное разнообразие, но зато существенно изменила относительную численность уже имеющихся микробов в пользу потенциальных пластикоедов.
Таксоны со штаммами, разлагающими пластик, были дополнительно обогащены, в то время как другие таксоны, представленные молочнокислыми бактериями, были истощены. Это позволило предположить, что инкубация in vitro усиливает потенциал разложения пластика.
«Подвергая кишечные микробиомы воздействию определенных условий, мы смогли увеличить количество бактерий, разлагающих пластик, присутствующих в нашей искусственной „кишке личинки”. Это подчеркивает стабильность и масштабируемость нашего метода», — сказал первый автор исследования доктор Лю Инань.
Теперь команда изучает молекулярную биологию, лежащую в основе кишечника Zophobas atratus, чтобы понять, как биологической ткани удается выдерживать внутри себя эти процессы, выходящие за рамки естественной природы. Ответ приблизит ее к открытию формулы малозатратного и масштабного культивирования бактериальных сообществ, расщепляющих вредящий экологии пластик.
Naked Science уже не раз писал, что загрязнение микро- и нанопластиком — крупная проблема современности. В крови, головном мозге и сердце современных людей (и даже в плаценте беременных) постоянно находят микропластик. И если сами полимеры химически нейтральны, то их пластификаторы (фталаты) по форме молекул напоминают гормоны человека, что оказывает на его здоровье выраженное негативное влияние. К примеру, ряд исследователей связывает постоянно прогрессирующее падение уровня тестостерона и качества спермы у мужчин в последние полвека именно с их влиянием.
Комментарии
Странно, что тефлоном не покормили. Было бы ОЧЕНЬ интересно )
Я конечно не специалист, но что-то есть подозрение что не рентабельно и нереально.
Может быть рентабельно. И уже реально: многие вещества (например лимонную кислоту) давно производят таким вот образом - в биореакторах.
Уже довольно давно был фантастический фильм ( к сожалению не помню названия), где попытались поразмышлять над ситуацией появления бактерий поедающих пластик. Там был вариант создания микроорганизма при помощи мутации. Результат - глобальная катастрофа, так как выведенная бактерия стала есть полимеры не только на свалке, но и в состоянии использования. Если правильно помню началось с падения самолётов где была съедина изоляция на проводах....
Уважаемый автор. Личинки насекомых - это не черви!
Интересно, кстати, а почему до сих пор естественным образом не появились штаммы бактерий, способных эффективно поедать различные пластики в природных условиях? Только из-за того, что эта "экологическая ниша" возникла всего несколько десятилетий назад и микробы не успели мутировать? Но ведь бактерии могут изменяться очень быстро, десятки лет для их эволюции, вообще говоря, срок вполне приличный.
Надо понимать, что "много пластика" - это много, по сравнению с беспластиковой эпохой. Но в абсолютном количестве в природе он занимает микроскопический объем продукта. Поэтому питаться только им неэффективно.
В принципе, тоже верно. Особенно если учесть, что пластики бывают разные, это только суммируют их по массе в одну кучу, а так-то у каждого вида полимеров своя молекула, и каждая требует отдельного "подхода". Но, с другой стороны, бактерии умеют приспосабливаться и к куда более сложным и достаточно редко встречающимся условиям вроде активных зон ядерных реакторов и т.п.
Для эффективного окисления (или каких-то других типов реакций с выделением энергии) молекул пластика нужен соответствующий фермент. Поскольку в допластиковую эпоху таких молекул было мало, они были рассеяны и питаться ими было невозможно, вероятно, у эволюции просто нет готового решения для такой химии, нет нужного фермента. И чтобы нащупать его, требуется больше времени, чем несколько десятков лет. Хотя, судя по материалу данной статьи, эволюция в этом вопросе уже немного продвинулась)