Мікробіологи знайшли три види бактерій, здатні спільно розщеплювати фталати — компоненти пластикових обгорток для їжі, будівельних матеріалів і навіть косметики. При цьому бактерії доповнювали одне одного, а самостійно розщеплювати пластик не могли. Оскільки фталати здатні вимиватися з пластикових продуктів у довкілля й тому є одними з найрозповсюдженіших забруднювачів, такі комплекси з бактерій допоможуть очищувати ґрунти та стічні води. Дослідження опублікували в журналі Frontiers in Microbiology.
Чому для дослідження використали комбінацію з бактерій?
З часу винайдення пластику різні його форми дісталися навіть найвіддаленіших куточків Землі, а найгірше — що з часом великі шматки пластику розпадаються на невидимий нанопластик, який за загальною масою вже перегнав усі інші види. Одним зі способів боротьби з таким пластиком є бактерії, у яких швидше, ніж в інших організмів, виникають нові ферменти для розщеплення пластику. Але навіть так їм потрібні каталізатори, які спершу розщеплюватимуть молекули пластику на дрібніші та доступні для живих організмів, або ж екстремальні умови розщеплення, наприклад високі температури.
Разом із цим, науковці вже виявляли в довкіллі бактерії, здатні самостійно розщеплювати навіть стійкий пластик і використовувати його як єдине джерело енергії. Часто такі бактерії у процесі розщеплення пластику утворюють корисні сполуки, наприклад парацетамол, або ж проміжні сполуки, якими можуть харчуватися інші види бактерій. Тож науковці з Центру екологічних досліджень імені Гельмгольца в Німеччині вирішили поєднати декілька бактерій зі здатністю розщеплювати пластик, щоб збільшити їхню ефективність у цьому.
Які бактерії змогли розщепити пластик?
У пошуку бактерій, які здатні розщеплювати пластик, науковці дослідили лабораторний біореактор і взяли мазки з пластикових деталей. У таких місцях бактерії контактували з пластиком протягом багатьох поколінь, тож у них могли з’явитися нові ферменти для його розщеплення. Ці бактерії помістили в поживне середовище, де єдиним джерелом вуглецю був діетилфталат — один із найбільш розповсюджених фталатів, особливо після заборони інших фталатів.
Після серії експериментів із цією культурою бактерій дослідники виділили три види, які спільно розщеплювали фталати за температури 30 градусів і концентрації до 888 міліграмів на літр. Це були Pseudomonas putida, P. fluorescens і невідомий вид роду Microbacterium, які є вільноживучими бактеріями ґрунту та поверхневих вод. Бактерія Microbacterium розщеплювала діетилфталат до етилового спирту та моноетилфталату, який інші бактерії розщеплювали до фталату, а зрештою — до однієї з форм бензойної кислоти. Її бактерії розщеплювали до ще простіших органічних сполук, які використовували для отримання енергії.
Коли кожну з бактерій вирощували окремо від інших, такого ланцюжка розщеплення діетилфталату не спостерігали. Коли ж комплекс бактерій поміщали в середовище з вищою концентрацією фталатів, вони помирали через токсичність цих сполук. Окрім діетилфталату, комплекс бактерій також розщепив інші поширені в різних видах пластику сполуки з цієї групи: диметил-, дипропіл- і дибутилфталат.
Науковці проаналізували ферменти, залучені в процесі розщеплення фталатів і з’ясували, що бактерії модифікували вже наявні в них ферменти. До контакту з пластиком ці ферменти слугували для розщеплення естерного зв’язку, який присутній у багатьох природних сполуках, а також утримує разом молекули фталатів. Контакт із компонентами пластику став фактором природного добору, який пришвидшив еволюцію ферментів, зробивши їх здатними розщеплювати фталати.
Як дослідження допоможе у боротьбі з пластиковим забрудненням?
Через свої слабкі хімічні зв’язки з іншими штучними полімерами фталати легко потрапляють у довкілля, зокрема у воду, а контакт із ними вже пов’язували з ризиком для здоров’я людей. Тому бактерії, здатні їх розщеплювати, причому не за екстремальних умов, допоможуть очищувати довкілля від цих небезпечних видів пластику. Водночас виявлені науковцями бактерії нездатні розщеплювати інші поширені види пластику, такі як поліетилен, адже вони містять міцніші хімічні зв’язки. Попри це, дослідники планують оцінити потенціал виявлених бактерій в очищенні стічних вод і ґрунту вже найближчим часом.
Як науковці борються з пластиковим забрудненням
🦠 Кишкові бактерії, які живуть у травній системі личинок-зофобусів, відомих своєю здатністю розщеплювати пластик, впоралися з цим завданням краще за своїх господарів.
🤖 Для збирання та видалення фрагментів нанопластику з води чеські інженери створили крихітних роботів, керованих магнітним полем.
🪱 Один зі фталатів виявився здатним порушувати розмноження круглих червів — і він може мати подібну дію й на людей, адже пошкоджує ДНК і впливає на поділ статевих клітин.