Еволюционно предимство: микроби по целия свят са се научили да се хранят с пластмаса

Шведски учени, изучавайки способността на различни микроорганизми да разграждат пластмаса, са стигнали до извода, че количеството и видът на специализираните ферменти, даващи възможността за разграждане, съответстват на количеството и вида на замърсяването в най-различни точки по света. Резултатите са публикувани в списание Microbial Ecology.

Всяка година в околната среда се изхвърлят милиони тонове пластмаса. Понастоящем замърсяването се разпространява по цялата планета, от връх Еверест до най-дълбоките падини на океана. Жизненоважно е не само да се намали количеството на използваната пластмаса, но и да се осигури правилно събиране и ефективното рециклиране на отпадъците.

Но много пластмаси са трудни за разграждане и рециклиране. С помощта на ферменти може да се постигне бързо разграждане до градивните елементи на дадената пластмаса и след това да произведат нови продукти от тези суровини, намалявайки необходимостта от първично производство на пластмаса. Новото изследване на шведските учени идентифицира много нови ферменти, които трябва да бъдат проучени и адаптирани за промишлена употреба.

Това изследване е първият мащабен опит за оценка на способността на бактериите да разграждат пластмаса. Учените са изследвали повече от 200 милиона гена, открити в ДНК проби, взети от околната среда, и са идентифицирали 30 000 различни ферменти, които могат да разграждат 10 вида пластмаса.

„Открихме много доказателства, потвърждаващи, че потенциалът на глобалния микробиом, способен да унищожава пластмасата силно корелира с измерванията на замърсяването на околната среда с пластмаса. Това е важна демонстрация за това как околната среда реагира на натиска, който оказваме върху нея“, коментира професор Алексей Железняк от Технологичния университет Чалмърс в Гьотеборг, Швеция.

Ян Зримек, също така от Университета Чалмърс, отбелязва: „Не очаквахме да открием толкова голям брой ферменти в толкова много различни микроби и на толкова различни местообитания. Това е невероятно откритие, което наистина илюстрира мащаба на проблема.”

По думите на изследователите резкият ръст в производството на пластмаса през последните 70 години, от 2 милиона тона до 380 милиона тона годишно, е дало време на микробите да еволюират, за да могат се справят със замърсяването. Изследването е започнало със събиране на набор от данни за 95 микробни фермента, за които е известно, че разграждат пластмаса. Те често се срещат в бактериите на сметищата и на други подобни места, където пластмасата е в изобилие.

След това екипът е потърсил подобни ферменти в ДНК проби от околната среда, взети от други изследователи в 236 различни места по света. Важно е да се отбележи, че изследователите са изключили потенциално фалшивите положителни резултати, сравнявайки първоначално идентифицираните ферменти с тези, открити в човешките черва. Както е известно, сред тях няма такива, които са способни да разлагат пластмаса.

Около 12 000 нови ферменти са били открити в океански проби, взети от 67 места и на три различни дълбочини. Резултатите стабилно показвали по-високи нива на разграждащи ферменти на по-дълбоки места, съответстващи на по-високи нива на пластмасово замърсяване, за което е известно, че се увеличава на дълбочина.

Били са изследвани също така почвени проби от 169 различни места в 38 страни и 11 различни местообитания и в тях са се съдържали 18 000 различни ферменти, разграждащи пластмаса. Известно е, че в почвите има повече пластмаси, с добавки на фталат, отколкото в океаните и в тези проби са открити повече ензими, които разграждат тези химически вещества.

Според учените почти 60% от новите ферменти не се вписват в нито един от познатите досега класове. Те предполагат, че тези молекули разграждат пластмасите по неизвестни досега начини.

„Следващата стъпка е да се тестват най-обещаващите кандидати за ферменти в лабораторни условия, за да се проучат внимателно техните свойства и скоростта на разграждане на пластмасата, която те могат да постигнат“, казва Железняк. “Това ще създаде микробни общности, насочени към разграждането на определени видове полимери.”

Това не е първото изследване в тази насока. Първият микроорганизъм, който яде пластмаса, беше открит в японско сметище през 2016 г. След това през 2018 г. учените го модифицираха, за да научат повече за това как той еволюира, но по невнимание създадоха фермент, който разгражда пластмасовите бутилки още по-добре. След по-нататъшни манипулации през 2020 г. степента на разпадане беше увеличена шест пъти. Друг мутантен фермент беше създаден през 2020 г. от компанията Carbios, който разгражда при рециклиране пластмасовите бутилки за броени часове. Германски учени също откриха бактерия, която се храни с токсична полиуретанова пластмаса, която обикновено се изхвърля на сметища.