Odkryto mikroby, które mogą trawić tworzywa sztuczne w niskich temperaturach

Zanieczyszczenie Ziemi przez tworzywa sztuczne jest jednym z wielkich problemów współczesności. Dlatego naukowcy od lat starają się znaleźć, wyhodować lub stworzyć na drodze bioinżynierii mikroby, które mogą trawić plastik. Poszukiwania i hodowla podobnych mikroorganizmów stały się wręcz nową gałęzią biznesu. Do tej pory znaleziono już kilka przydatnych do tego celu gatunków, jednak aby ich enzymy zadziałały, potrzeba wysokich temperatur – przekraczających 30 st. C. Konieczność dostarczania ciepła sprawia, że cały proces jest kosztowny i nie jest neutralny pod względem emisji dwutlenku węgla.

Na całym świecie trwają więc poszukiwania mikrobów, których enzymy rozkładają plastik także w niskich temperaturach. Aby takie znaleźć, naukowcy ze Swiss Federal Institute (WSL) udali się w wysokie Alpy i odwiedzili regiony polarne. Wyprawy okazały się bardzo obiecujące.

– Mikroorganizmy pobrane z alpejskich i arktycznych gleb były w stanie rozłożyć biodegradowalne tworzywa sztuczne w temperaturze 15 st. C – mówi główny autor badan dr Joel Rüthi z WSL. – Te organizmy mogłyby pomóc w zmniejszeniu kosztów i obciążenia środowiska w procesie enzymatycznego recyklingu plastiku – przekonuje. Wyniki i opis nowych badań opublikowano w czasopiśmie "Frontiers in Microbiology".

Rüthi i jego współpracownicy pobrali próbki 19 szczepów bakterii i 15 grzybów rosnących na leżącym swobodnie lub celowo zakopanym plastiku (znajdującym się pod ziemią przez rok). Próbki pochodziły z grenlandzkiego Svalbardu i ze szwajcarskich Alp, a konkretnie szczytu Muot da Barba Peider (2979 m n.p.m.). Wyizolowane mikroby rosły potem w ciemnym laboratorium w temperaturze 15 st. C. Badacze zidentyfikowali je i znaleźli 13 rodzajów bakterii z grup Actinobacteria i Proteobacteria oraz 10 rodzajów grzybów z grup Ascomycota i Mucoromycota.

Następnie naukowcy przeprowadzili testy, aby sprawdzić zdolność każdego szczepu do trawienia sterylnych próbek niebiodegradowalnego polietylenu (PE) i biodegradowalnych poliestru oraz poliuretanu (PUR). Sprawdzono także zdolność mikrobów do trawienia dwóch dostępnych w handlu biodegradowalnych mieszanek politereftalanu adypinianu butylenu (PBAT) i kwasu polimlekowego (PLA).

Żaden z gatunków nie był w stanie strawić PE, nawet po 126 dniach inkubacji. Jednak 56 proc. szczepów, w tym jedenaście grzybów i osiem bakterii, było w stanie strawić PUR w temperaturze 15 st. C. Z kolei czternaście grzybów i trzy bakterie rozkładało tworzywa PBAT i PLA. Najnowocześniejsze testy potwierdziły, że szczepy te były w stanie rozdrobnić polimery PBAT i PLA na mniejsze cząsteczki.

– Bardzo zaskakujące było dla nas to, że duża część badanych szczepów była w stanie zdegradować przynajmniej jedno z testowanych tworzyw sztucznych – mówi Rüthi.

Najlepiej radziły sobie dwa niescharakteryzowane gatunki grzybów z rodzajów Neodevriesia i Lachnellula. Były one w stanie strawić wszystkie testowane tworzywa sztuczne z wyjątkiem PE. Wyniki badań wykazały również, że zdolność do trawienia tworzyw sztucznych zależała od podłoża hodowlanego, przy czym każdy szczep reagował inaczej na każde z czterech testowanych podłoży.

Jak u mikrobów rozwinęła się zdolność do trawienia plastiku? Ponieważ tworzywa sztuczne istnieją dopiero od ok. lat 50. ubiegłego wieku, zdolność do ich degradacji prawie na pewno nie była ich pierwotną cechą.

– Mikroby produkują wiele różnych enzymów rozkładających polimery. Substancje te biorą też udział w rozkładaniu ścian komórkowych roślin. Grzyby szkodliwe dla roślin są często doskonałe przy biodegradacji poliestrów. Wszystko przez ich zdolność do wytwarzania kutynaz, które celują w polimery plastiku ze względu na ich podobieństwo do polimeru roślinnego – wyjaśnia współautor badań dr Beat Frey z WSL.

Ponieważ Rüthi i jego zespół testowali trawienie tworzyw sztucznych tylko przy 15 st. C, nie znają jeszcze optymalnej temperatury, w której zadziałają wytwarzane przez bakterie i grzyby enzymy. – Wiemy jednak, że większość z nich może rosnąć w temperaturze od 4 do 20 st. C, z optimum w okolicach 15 st. C – mówi Frey.

Źródło: Frontiers, fot. Muntaka Chasant, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons