Исследование показало, что глобальный микробиом эволюционирует, чтобы лучше разлагать пластик

0 0

Исследование показало, что глобальный микробиом эволюционирует, чтобы лучше разлагать пластик
Пластиковое загрязнение — объем которого в 2020 году составил 367 миллионов тонн — накапливается по всему миру, как в наземной, так и в морской среде. Для рационального использования этих отходов решение может прийти от самой природы, путем биоразложения. Однако глобальное разнообразие ферментов, разлагающих пластик, остается малоизученным. Шведские исследователи пролили свет на способность микробиома разлагать пластик, предоставив доказательства измеримого воздействия пластикового загрязнения на окружающую среду, а также полезный ресурс для будущих прикладных исследований.

За последние 70 лет массовое производство пластика резко возросло: с примерно 2 миллионов тонн в год до примерно 380 миллионов. В результате различные микробы в окружающей среде успели адаптироваться, и в ходе предыдущих исследований было обнаружено множество различных ферментов, способных разлагать пластик.

Например, мутантный фермент, который в течение нескольких часов расщепляет пластиковые бутылки для вторичной переработки, был создан в 2020 году компанией Carbios. Немецкие ученые также обнаружили пару бактериальных ферментов, которые питаются полиуретаном, токсичным пластиком, часто выбрасываемым на свалки.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Microbial Ecology, ученые проанализировали образцы ДНК из сотен мест по всему миру. Они использовали компьютерное моделирование для поиска микробных ферментов с потенциалом разложения пластика. Затем результаты были сопоставлены с официальными данными о загрязнении пластиковыми отходами на континентах и в океанах.

«Используя наши модели, мы нашли достаточно доказательств, подтверждающих, что потенциал разложения пластика глобальным микробиомом [набор микробов, присутствующих в конкретном месте окружающей среды или группе мест] сильно коррелирует с показателями загрязнения окружающей среды пластиком… Значительная демонстрация того, как окружающая среда реагирует на давление, которое мы оказываем на нее«, — сказал в своем заявлении Алексей Железняк, доцент системной биологии в Технологическом университете Чалмерса.

Больше ферментов в наиболее загрязненных районах

Другими словами, чем сильнее загрязнение пластиком изучаемой территории, тем больше количество и разнообразие ферментов, разлагающих пластик. Всего было обнаружено более 30 000 гомологов ферментов, способных разлагать десять различных типов широко используемых пластмасс. Гомологи — это члены белковых последовательностей, обладающие сходными свойствами. Некоторые из мест, где содержалось наибольшее количество ферментов, разлагающих токсины, были сильно загрязненными районами, о чем свидетельствуют образцы, взятые, например, из Средиземного моря и южной части Тихого океана.

Примечательно, что исследователи обнаружили, что количество и тип пластиковых частиц, а также ферменты, разлагающие пластик, различались между образцами суши и океана. Например, образцы земли содержали значительно больше соединений пластиковых добавок на основе фталатов. Известно, что они особенно подвержены утечкам во время производства, утилизации и переработки — процессов, которые происходят в основном на земле.

С другой стороны, океанические образцы показали, что количество ферментов, способных разлагать пластик, увеличивалось с глубиной. Набор данных включал 67 объектов из 8 океанов и 3 различных глубин. Результаты показали, что количество разлагающих ферментов увеличивалось с глубиной, что указывает на связь с более высоким уровнем микропластика, наблюдаемым на глубине в океане.

Затем шведская команда провела поиск аналогичных ферментов в образцах ДНК окружающей среды, собранных другими исследователями в 236 различных местах по всему миру. Важно отметить, что исследователи исключили потенциальные ложные срабатывания, сравнив первоначально идентифицированные ферменты с ферментами кишечника человека — в организме человека пока не обнаружено ферментов, разлагающих пластик, несмотря на опасения по поводу попадания микропластика в организм.

Ученые выявили в общей сложности около 30 000 ферментов, в том числе около 12 000 в океаническом микробиоме и 18 000 в почве, что соответствует 10 основным коммерческим пластмассам. Почти 60% выявленных ферментов, разлагающих пластик, не принадлежали ни к одному из известных классов ферментов, что позволяет предположить, что исследователи открыли новый элемент биоразложения пластика.

Использование подходов синтетической биологии для улучшения текущих процессов деградации пластика имеет решающее значение, поскольку естественные процессы разложения очень медленные. Например, ожидаемый срок службы бутылки из полиэтилентерефталата (ПЭТ) может составлять сотни лет. Исследователи считают, что полученные ими результаты могут быть использованы для открытия и адаптации ферментов для новых процессов переработки отходов.

«Следующим шагом будет тестирование наиболее перспективных ферментов-кандидатов в лаборатории для тщательного изучения их свойств и скорости разложения пластика, которую они могут достичь. Отсюда мы могли бы создавать микробные сообщества с целевыми функциями разложения конкретных типов полимеров«, — объясняет Алексей Железняк.

Источник: new-science.ru
Оставить комментарий

Мы используем файлы cookie. Продолжив использование сайта, вы соглашаетесь с Политикой использования файлов cookie и Политикой конфиденциальности Принимаю

Privacy & Cookies Policy