Ученые обнаружили микробы в Альпах и

Биодеградация пластика при низких температурах может сэкономить деньги и энергию

Границы

Поиск, культивирование и биоинженерия организмов, способных переваривать пластик, не только помогает устранить загрязнение, но и является теперь большим бизнесом. Уже обнаружено несколько микроорганизмов, которые могут это делать, но когда их ферменты, делающие это возможным, применяются в промышленных масштабах, они обычно работают только при температуре выше 30°C. Требуемый нагрев означает, что промышленное применение на сегодняшний день остается дорогостоящим и не является углеродно-нейтральным. Но есть возможное решение этой проблемы: найти специализированных микробов, адаптированных к холоду, ферменты которых работают при более низких температурах.

Ученые из Швейцарского федерального института WSL знали, где искать такие микроорганизмы: на больших высотах в Альпах своей страны или в полярных регионах. Их результаты опубликованы в журнале Frontiers in Microbiology.

«Здесь мы показываем, что новые таксоны микробов, полученные из «пластосферы» альпийских и арктических почв, способны расщеплять биоразлагаемый пластик при температуре 15°C», — сказал первый автор, доктор Джоэл Рюти, в настоящее время приглашенный ученый в WSL. «Эти организмы могут помочь снизить затраты и нагрузку на окружающую среду, связанную с ферментативным процессом переработки пластика».

Рюти и его коллеги собрали образцы 19 штаммов бактерий и 15 грибов, растущих на свободно лежащем или намеренно закопанном пластике (хранящемся в земле в течение одного года) в Гренландии, на Шпицбергене и в Швейцарии. Большая часть пластикового мусора со Шпицбергена была собрана во время Швейцарского арктического проекта 2018 года, когда студенты проводили полевые исследования, чтобы своими глазами увидеть последствия изменения климата. Почва из Швейцарии была собрана на вершине Муот-да-Барба-Пейдер (2979 м) и в долине Валь-Лавирун, оба в кантоне Граубюнден.

Ученые позволили изолированным микробам расти в виде одноштаммовых культур в лаборатории в темноте и при температуре 15°C и использовали молекулярные методы для их идентификации. Результаты показали, что штаммы бактерий принадлежали к 13 родам типов Actinobacteria и Proteobacteria, а грибы — к 10 родам типов Ascomycota и Mucoromycota.

Неожиданные результаты

Затем они использовали набор анализов для проверки каждого штамма на его способность переваривать стерильные образцы небиоразлагаемого полиэтилена (PE) и биоразлагаемого полиэфира-полиуретана (PUR), а также двух коммерчески доступных биоразлагаемых смесей полибутиленадипаттерефталата (PBAT). и полимолочная кислота (PLA).

Ни один из штаммов не смог переварить полиэтилен даже после 126 дней инкубации на этих пластиках. Но 19 (56%) штаммов, в том числе 11 грибов и восемь бактерий, смогли переваривать полиуретан при 15°C, а 14 грибов и три бактерии смогли переварить пластиковые смеси ПБАТ и ПЛА. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и анализ на основе флуоресценции подтвердили, что эти штаммы способны измельчать полимеры PBAT и PLA на более мелкие молекулы.

«Для нас было очень удивительно, что мы обнаружили, что большая часть протестированных штаммов способна разлагать по крайней мере один из протестированных пластиков», — сказал Рюти.

Лучшими показателями оказались два неохарактеризованных вида грибов из родов Neodevriesia и Lachnellula: они смогли переварить все протестированные пластики, кроме полиэтилена. Результаты также показали, что способность переваривать пластик для большинства штаммов зависела от культуральной среды, причем каждый штамм по-разному реагировал на каждую из четырех протестированных сред.

Побочный эффект способности переваривать растительные полимеры

Как развивалась способность переваривать пластик? Поскольку пластик появился только в 1950-х годах, способность разлагать пластик почти наверняка не была чертой, изначально нацеленной на естественный отбор.

«Было доказано, что микробы производят широкий спектр ферментов, разлагающих полимеры, участвующих в разрушении стенок растительных клеток. В частности, часто сообщается, что фитопатогенные грибы биоразлагают полиэфиры из-за их способности вырабатывать кутиназы, нацеленные на пластик. полимеры из-за их сходства с растительным полимером кутином», — объяснил последний автор доктор Бит Фрей, старший научный сотрудник и руководитель группы в WSL.