Микроорганизмы из желудка коров оказались способны перерабатывать пластик
![](data:image/svg+xml;utf-8,<svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="970" height="546" />)
Микробы, извлеченные из желудков коров, могут поглощать определенные виды пластика, в том числе полиэтилентерефталат (ПЭТ), используемый в бутылках из-под содовой, упаковке пищевых продуктов и синтетических тканях.
Ученые обнаружили эти микробы в жидкости самого большого отделения желудка жвачных животных; жвачные животные включают копытных животных, таких как крупный рогатый скот и овцы, которые полагаются на микроорганизмы, чтобы помочь переварить их рацион из грубой растительности. По данным Университета Миннесоты, данный отдел желудка действует как инкубатор для этих микробов, которые либо переваривают, либо ферментируют пищу, потребляемую коровой или другим жвачным животным. Исследователи подозревали, что некоторые микробы, обитающие в желудке коровы, должны быть способны переваривать сложные полиэфиры, вещества, молекулы компонентов которых связаны так называемыми эфирными группами.
Из-за их травоядной диеты коровы потребляют натуральный полиэфир, производимый растениями, называемый кутин. Как синтетический полиэстер, ПЭТ имеет схожую химическую структуру с этим природным веществом. Кутин составляет большую часть кутикулы, или воскообразного внешнего слоя клеточных стенок растений, и его в изобилии можно найти, например, в кожуре помидоров и яблок, говорит автор-корреспондент Дорис Рибич, старший научный сотрудник Университета природных ресурсов и наук о жизни в Вене.
"Когда грибы или бактерии хотят проникнуть в такие плоды, они вырабатывают ферменты, которые способны расщеплять этот кутин" или расщеплять химические связи внутри вещества, - сказал Рибич в интервью Live Science. В частности, класс ферментов, называемых кутиназами, может гидролизовать кутин, что означает, что они запускают химическую реакцию, в ходе которой молекулы жидкости расщепляют вещество на кусочки.
Рибич и ее коллеги в прошлом выделяли такие ферменты из микробов и поняли, что коровы могут быть источником подобных микроорганизмов, потребляющих пластик. "Эти животные потребляют и разлагают много растительного материала, поэтому весьма вероятно, что вы в микрофлоре желудка коровы можете найти такие микробы", - сказала она.
И, фактически, в своем новом исследовании, опубликованном в пятницу (2 июля) в журнале Frontiers in Bioengineering and biotechnology, исследователи обнаружили, что микробы из желудка коровы могут разлагать не только ПЭТ, но и два других пластика — полибутиленадипаттерефталат (PBAT), используемый в компостируемых пластиковых пакетах, и полиэтиленфураноат (PEF), изготовленный из возобновляемых материалов растительного происхождения.
Чтобы оценить, насколько хорошо эти микробы, могут питаться пластиком, команда инкубировала каждый тип пластика в ферменте из желудка коровы в течение одного-трех дней. Затем они могли бы измерить побочные продукты, выделяемые пластмассами, чтобы определить, насколько и насколько сильно микроорганизмы расщепили материалы на составные части. Желудочный фермент разрушал ПЭФ наиболее эффективно, но в целом, он разрушала все три вида пластика, сообщила команда.
Затем команда взяла образец ДНК из данной жидкости, чтобы получить представление о том, какие конкретные микробы могут быть ответственны за разложение пластика. Около 98% ДНК принадлежало царству бактерий, причем наиболее преобладающим родом была Pseudomonas, из которых несколько видов, как было показано, в прошлом разрушали пластмассы, согласно отчетам в журнале "Прикладная микробиология и биотехнология" и журнале "Опасные материалы".
Бактерии рода Acinetobacter также обнаруживались в больших количествах в жидкости, и аналогичным образом было показано, что несколько видов этого рода расщепляют синтетические полиэфиры, согласно отчету за 2017 год в Журнале сельскохозяйственной и пищевой химии.
Заглядывая вперед, Рибич и ее команда хотят полностью охарактеризовать бактерии, поедающие пластик в рубцовой жидкости, и определить, какие специфические ферменты бактерии используют для расщепления пластика. Если они идентифицируют ферменты, которые потенциально могут быть полезны для переработки, они могут затем генетически спроектировать микробы, которые производят эти ферменты в больших количествах, без необходимости собирать указанные микробы непосредственно из желудков коров. Таким образом, ферменты могут быть получены легко и недорого для использования в промышленных масштабах, сказал Рибич.
В этом ключе Рибич и ее команда уже запатентовали метод переработки, при котором текстильные материалы последовательно подвергаются воздействию различных ферментов; команда идентифицировала эти ферменты в предыдущей работе. Первая партия ферментов разъедает волокна ткани в материале, в то время как следующая партия ферментов идет за конкретными полиэфирами. Это работает, потому что каждый фермент нацелен на очень специфические химические структуры и, следовательно, не разрушает просто любой материал, с которым он сталкивается. Таким образом, текстиль, содержащий несколько материалов, может быть переработан без предварительного разделения на составные части, объяснил Рибич.
Согласно новому исследованию, коровьи румены могут представлять собой еще одну среду, в которой можно обнаружить такие полезные ферменты, но такие ферменты встречаются во многих местах природы, сказал Дэвид Левин, молекулярный биолог и биотехнолог из Департамента биосистемной инженерии Университета Манитобы, который не принимал участия в исследовании.
До сих пор ученым удавалось находить ферменты, поедающие пластик, которые расщепляют ПЭТ и биоразлагаемые пластмассы, такие как PBAT и PEF, но теперь реальная проблема заключается в поиске ферментов для расщепления более проблемных пластмассовых изделий, сказал Левин.
6 comments