Vědci vytvořili enzym, který dokáže ničit plasty, a ten funguje obzvlášť dobře na plastových lahvích. Tento úspěch vám umožní se s tím vyrovnat obrovské množství plast znečišťující planetu. O výsledcích informovali v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences .
V roce 2016 byly na skládce v Japonsku objeveny bakterie, které by mohly konzumovat plasty. Proces, který obvykle trvá staletí, jim zabral několik dní. Nyní se vědcům podařilo určit strukturu enzymu, který k tomu používají, a syntetizovat ho. Když tým testoval enzym, bylo zjištěno, že je ještě lepší v omezování polyethylentereftalátu (PET), který se používá k výrobě nápojových lahví, než originál.
"Ukázalo se, že jsme zlepšili enzym." Byli jsme trochu v šoku,“ říká profesor John McGeehan z University of Portsmouth ve Spojeném království. "Toto je skutečný objev."
Vědci zároveň doufají, že se jim ho podaří vylepšit tím, že bude fungovat ještě rychleji.
„Doufáme, že pomocí tohoto enzymu rozložíme plast na jeho součásti a poté je znovu použijeme k výrobě plastu. To znamená, že nebude potřeba těžit další více oleje a že bude možné snížit množství plastů v životním prostředí,“ říká McGeehan.
Každou minutu se po celém světě prodá asi milion plastových lahví. Pouze 14 % z nich je recyklováno. Mnohé ze zbývajících končí v oceánech, znečišťují i ty nejodlehlejší kouty a způsobují škody mořských tvorů a – potenciálně – spotřebitelé mořských plodů.
„Plast je extrémně odolný vůči degradaci,“ vysvětluje McGeehan.
Dnes se neprůhledná vlákna vyrábí z recyklovaných lahví do oděvů a koberců. Ale pomocí enzymu by mohly být použity k výrobě nových plastových lahví, čímž by se eliminovala potřeba vyrábět více plastu.
„Musíme žít s tím, že ropa je levná, takže výroba PET je levná,“ říká McGeehan. —
Pro výrobce je snazší vytvořit více plastů, než se je snažit recyklovat.“
Nejprve vědci určili strukturu enzymu produkovaného bakteriemi z Japonska. Použili k tomu diamantový synchrotron, který je schopen produkovat silné rentgenové záření, které umožňuje rozeznat strukturu jednotlivých atomů. Ukázalo se, že enzym je podobný tomu, který bakterie obvykle používají k rozkladu přírodního polymeru kutinu, vosku, který často pokrývá slupku ovoce. Manipulace s enzymem při studiu toho, jak funguje, neúmyslně vedla ke zlepšení jeho schopnosti degradovat plast.
„Je to mírné zlepšení, 20 %, ale o to nejde,“ říká McGeehan. "To, co se stalo, ukazuje, že enzym ještě není optimalizován." To nám dává příležitost využít všech technologií, které se léta používaly k vývoji dalších enzymů, a vytvořit enzym, který funguje super rychle.“
Jedním z možných zlepšení je transplantace enzymu do extremofilních bakterií, které snesou teploty nad 70°C - při této teplotě PET taje a v roztavené formě se rozkládá 10-100x rychleji. Některé houby mohou také přispívat k rozkladu plastu, ale bakterie jsou snáze použitelné pro průmyslové účely.
Ke zničení jiných druhů plastů bude možné použít bakterie, které se aktuálně vyvíjejí v prostředí, je si jistý McGeehan. Přestože většina plastů je v oceánu, vědci doufají, že bude možné přenést bakterie požírající plasty do těchto nahromaděných trosek.
"Myslím, že je to velmi zajímavá práce a ukazuje, že existuje potenciál pro použití enzymů v boji proti rostoucímu problému s odpady," říká chemik Oliver Jones. —
Enzymy jsou netoxické, biologicky odbouratelné a mohou být produkovány ve velkém množství mikroorganismy.“
Bertocini, výzkumník ze Španělského institutu biomedicíny a biotechnologie, se o fenomén začal zajímat a provedl vědecký experiment s biochemiky z Cambridge. Bylo odebráno asi sto larev a umístěno do obyčejného Igelitová taška, koupil v britském obchodě a začal čekat, až se objeví díry. Jak se ukázalo, sto housenek si poradí s 92 mg polyethylenu za 12 hodin.
PET lahví
Matt Montagne/Flickr
Japonští biologové našli nový kmen bakterií, které dokážou zpracovat polyethylentereftalát (PET), jeden z nejběžnějších typů plastů. Článek najdete v časopise Věda, stručně shrnuto Americkou asociací pro rozvoj vědy.
Autoři shromáždili několik stovek vzorků zeminy a nečistot v blízkosti závodu na recyklaci PET lahví a analyzovali, jaké druhy bakterií v takových podmínkách žijí. Mezi vzorky se biologům podařilo izolovat kmen bakterií Ideonella sakaiensis 201-F6, který dokázal hydrolyzovat plast pomocí speciálních enzymů. Podle autorů jsou tyto bakterie schopny zpracovat tenký (0,2 milimetrový) film polyethylentereftalátu za šest týdnů při teplotě 30 °C. Je důležité si uvědomit, že organismy polymer nejen rozkládají, ale také jej využívají pro energii.
Polyethylentereftalátový film zničený bakteriemi
Bakterie hydrolyzují polymer ve dvou fázích. V první fázi se přemění na nízkomolekulární látku, ester kyseliny monohydroxyethyltereftalové. Za tuto přeměnu je zodpovědný enzym, který vědci nazývají PETáza. Monomer je pak rozložen dalším enzymem, METázou, což vede ke vzniku kyseliny tereftalové a ethylenglykolu, jejichž další přeměny jsou dobře popsány.
Schéma metabolismu polyethylentereftalátu
Yoshida a kol. / Věda, 2016
Autoři poznamenávají, že PETáza nemá žádné blízké analogy v příbuzných bakteriích, což může naznačovat rychlý vývoj. Podle biologů to opět potvrzuje různé druhy dokáže se velmi rychle přizpůsobit změnám životní prostředí.
Přestože je aktivita enzymu mnohem vyšší než u jiných alternativ, které dokážou plast rozložit, stále není dostatečně účinný pro komerční využití. Autoři doufají, že dostanou odpověď na otázku, co ji činí aktivnější – to by mohlo pomoci vytvořit nové, umělé enzymy, s jejichž pomocí se rychle využije domácí odpad bude možné.
Vladimír Koroljov
Vážnost současné situace nejlépe vyjadřují popelnice v oceánech (Great Pacific Garbage Patch). Může pomoci vyvinout nové technologie pro recyklaci plastového odpadu a trochu zlepšit současnou situaci nový druh bakterie, které se živí plasty.
Objev učinili japonští vědci.
Mikroorganismus je podle nich zajímavý především svou schopností recyklovat běžný typ plastu známý jako PET (polyethylentereftalátové plasty). Vlastní trávicí proces plastu v bakterii probíhá pomalu, takže krátkodobé vyhlídky na objev jsou zatím dost vágní, ale další výzkum bakterie, která se mimochodem jmenuje Ideonella sakaiensis 201-F6, může vést k vznik nového bezpečnými způsoby recyklace plastů.
Typ plastu, který je oblíbenou pochoutkou Ideonella sakaiensis, polyethylentereftalát, se vyznačuje lehkostí, pevností a schopností zadržovat tekutinu. Z tohoto materiálu se velmi často vyrábí nádoby na tekuté produkty – různé nádoby a lahve. Všimněte si, že jen v roce 2013 bylo celosvětově vyrobeno asi 56 milionů tun PET plastu, z nichž pouze polovina byla recyklována.
Vlastnosti, které z PET dělají tak atraktivní materiál pro různé společnosti – pevnost a odolnost proti vlhkosti – představují také obrovskou hrozbu pro životní prostředí. Tento materiál má velmi dlouhý poločas rozpadu, a proto se hromadí ve formě skládek na souši a v oceánu.
Předpokládá se, že pro úplný rozklad obvyklé plastová láhev trvá to asi 450 let, a přestože se některé plasty v oceánu rozpadají rychleji, uvolňují při rozpadu škodlivé chemikálie. chemické substance, což dále zhoršuje situaci životního prostředí.
Nový typ bakterií požírající plasty byl objeven proséváním 250 vzorků PET odebraných z továren na recyklaci plastů. Uvádí to článek o výsledcích výzkumu publikovaný v časopise Science. Vyšetřovatelé hledali důkazy o materiálním rozkladu mezi vzorky a nakonec objevili I. sakaiensis.
Bakterie tohoto druhu vylučují dva enzymy, které tuto sloučeninu štěpí na látky šetrné k životnímu prostředí – kyselinu tereftalovou a ethylenglykol. Pravda, neděje se to příliš rychle. Studie uvedla, že bakteriím trvalo šest týdnů, než zcela strávily malý kousek nekvalitního polyethylentereftalátového filmu. To znamená, že produkty vyrobené z kvalitnějšího PET se rozloží ještě déle.
Je možné, že v budoucnu vědci najdou způsob, jak tento proces urychlit. V následném článku publikovaném ve stejném Science profesor bioinženýrství Uwe Bornscheuer píše, že vědci musí zjistit původ těchto enzymů vylučovaných bakteriemi, nebo přesněji, zda jsou projevem evoluce.
Podle Bornscheuera tento typ plastu existuje v přírodě teprve 70 let a je možné, že se enzymy přizpůsobily nové realitě a naučily se jej využívat jako zdroj potravy, který poskytuje „výhodu pro přežití“. Vědec píše, že evoluce v tak krátké době je velmi vzácná, i když k tomu již dříve došlo a další výzkum může vést ke vzniku nových efektivní způsoby boj proti PET plastu.
V rozhovoru pro The Wall Street Journal Bornscheuer poznamenal, že teoreticky by tyto bakterie mohly urychlit rozklad plastů na skládkách.
Přihlaste se k odběru Quibl na Viberu a Telegramu, abyste měli přehled o nejzajímavějších událostech.
Ve starých populárně-vědeckých časopisech se občas objeví překvapivé věci. Pro mě takovou perlou, nalezenou při líném „surfování“ po souborech „Věda a život“ 70. let, byl příběh „Mutant-59“. Tady je, přesně v té verzi, v Moškovské knihovně - a vřele ji doporučuji. Abychom nezkazili zábavu, děj je stručný: děj je postaven na mikroorganismu vyšlechtěném vědci, který dokáže pohltit všechny druhy plastů. Osvobodí se a svět stojí na pokraji katastrofy srovnatelné s nukleární...
Tento příběh, napsaný na konci 60. let, byl jedním z prvních pokusů prozkoumat naši závislost na plastech – tehdy již silnou. Ale autoři „Mutanta“ si ani nedokázali představit, jak moc se během příštích čtyřiceti let stane silnější! Nejen, že se téměř dvacetinásobně zvýšilo využití plastů (dnes se jich ročně vyrobí více než 300 milionů tun), ale maxima ještě nebylo dosaženo a v příštích dvaceti letech se očekává zdvojnásobení spotřeby.
Plast je umělý materiál „pěstovaný“ na uhlovodících, který dobře zastavuje vodu a je slabě citlivý na agresivní faktory zemského prostředí. To vysvětluje jeho popularitu. Každá hůl má ale dva konce: jelikož nic takového dříve neexistovalo, příroda nemá prostředky, jak bezpečně zničit plastový odpad – který se hromadí úměrně s nárůstem spotřeby. Odpadky se mohly hromadit pomaleji, ale to je nešťastná skutečnost! - Většina plastových výrobků je na jedno použití.
Samozřejmě, že sami lidé mohou a měli by přírodě pomáhat, ale... Odhady se různí, nicméně obecně lze tvrdit, že se recykluje méně než třetina plastových výrobků. Zbytek se usadí nejlepší scénář na organizovaných skládkách se v nejhorším případě rozptýlí po kontinentech a teče do oceánu, kde plast začíná druhý život.
Protože neexistují žádné mikroorganismy schopné rozkládat plasty vlivem světla, teploty, mechanických faktorů, pomalého chemické reakce, odpadky se rozpadají na menší a menší částice. Tento proces i pro banální láhev pití vody, například trvá téměř pět set let – a neproběhne bez následků pro živé bytosti. Část toho všeho se usazuje a tvoří jedinečné „fosílie“ smíchané s plasty (proto již archeologové nazývají naše století věkem plastů), ale do značné míry je také absorbována v různých podobáchživota, od ptáků a velkých savců k nejmenšímu zooplanktonu.
Ti samozřejmě také nechápou, s čím se potýkají: za pouhých sto let se nestihli přizpůsobit (historie sahá až k celuloidu, který se objevil v roce 1855). Zaměňují barevné kousky za potravu, onemocní a umírají (částice ucpávají trávicí trakt, dusí se, jedují) a sami se stávají potravou. Zooplankton například tvoří základ mořské potravní pyramidy, takže plast, který konzumují mikroskopičtí korýši, končí v našem žaludku.
Všechno by mohlo být jinak, kdyby, řekněme, v přírodě existovala bakterie, která by mohla žít a přežívat na dietě z plastu. Až donedávna to však zůstávalo fantazií. Ano, některé formy plísní jsou známé, ano, byly provedeny některé experimenty s povzbudivými výsledky na mikrobech, ale to bylo vše. A pak onehdy Japonci našli potřebnou bakterii. Vítejte ve světlé budoucnosti!
Poté, co Japonci shromáždili vzorky zatuchlého plastového odpadu, studovali jej při hledání známek zrychleného rozkladu. A tímto jednoduchým způsobem učinili svůj epochální objev. Bakterie s názvem Ideonella sakaiensis se zdá být přirozeně vyvinutým druhem mikroorganismu. vědě známý. Vyrábí chemikálie (enzymy), které rozkládají jeden druh plastu na mezisloučeniny, které následně spotřebovává.
Ve srovnání se svým fantastickým předkem, I.s. vypadá neškodně. Jednak se specializuje pouze na PET plast (u nás známý jako lavsan), který je sice velmi oblíbený (především jako surovina pro balení potravin a vody), ale tvoří pouhou pětinu celosvětové produkce plastů. Za druhé, jíst tenkou vrstvu z povrchu plastový výrobek, trvá to týdny a je lepší plast připravit (tepelným zpracováním), aby byl mechanicky křehký.
Ale potíže začaly! Ideonella sakaiensis - živé svědectvíže se příroda začala přizpůsobovat době plastové. A existuje dobrá naděje, že genetickí inženýři tomu pomohou udělat to rychleji: urychlit proces trávení, nastavit to na jiné plasty.
Zde se vracíme k příběhu před čtyřiceti lety. Autoři si tehdy přesně všimli naší závislosti na plastech. Bakterie trávící plasty jsou nesmírně cenné v boji proti plastovému odpadu – problémem je ale vytřídit, co je odpad a co ne. užitečné pro lidi věci, mutant určitě nebude. „Hnijící“ nádoby na pitnou vodu a obaly potravin je jen začátek. Až příroda nebo inženýři naučí bakterie požírat jiné plasty – což se podle komentářů vědců k japonské práci zdá možné – budeme to mít opravdu těžké.
Rozhlédněte se hned teď, aniž byste opustili své pracoviště. Zvažte naši závislost na plastu! „Magická“ odolnost vůči hnilobě, rzi, teplotě a vlhkosti z něj udělala nejoblíbenější stavební materiál třetího tisíciletí. Plast jsou stoly a židle, pouzdra a izolace elektronických zařízení, datová média a obaly, všude plast, ve všem plast! Život si našel cestu - a my bychom měli být šťastní, ale to nám asi zkomplikuje život...
Skupina mikrobiologů a biochemiků z Číny učinila objev, jehož význam pro ekologii planety a celého lidstva lze jen stěží přeceňovat. Byly nalezeny bakterie, které se živí plasty, včetně polyethylenu. Na tento moment To je první světlo při řešení problému svařující globální ekologické krize.
Objev učinili vědci z Beihang University, která se nachází v Pekingu. Jak však poznamenává vedoucí vědecké skupiny Jan Yang: „Zpočátku to nebyla cílená studie, pomohla mi náhoda.“ Jednoho dne ve své kuchyni, která, jak biochemik přiznává, byla v nepořádku, si všiml Igelitová taška s prosem. Uvnitř se vyrojilo mnoho malých larev a samotný balíček byl jakoby prošpikovaný kulkami z kulometu. To vedlo Younga k přesvědčení, že tyto housenky jsou schopny polyethylen strávit.
Tyto larvy patřily známému zemědělskému škůdci, sýpce jižní (lat. Plodia interpunctella), rozšířené téměř po celém světě. Několik jednoduchých experimentů odhalilo, že housenky Plodia interpunctella skutečně jedí, a co je důležitější, tráví plastové výrobky. Ukázalo se však, že zásluha samotných larev v tomto je velmi průměrná.
Vlevo: dospělý můra jižní sýpka. Vpravo: jeho larva. Ve střevech posledně jmenovaného byly objeveny nové bakterie
Skuteční pojídači plastu se nacházeli ve střevech můr – šlo o dva dříve neznámé kmeny bakterií. Jako test byly tyto mikroorganismy umístěny na plastovou fólii. Po 28 dnech byl vzorek filmu zkoumán pod mikroskopem, vykazoval patrné známky poškození: prodloužené rýhy a prohlubně až 0,4 um hluboké. Pevnost polyethylenu, stejně jako schopnost odpuzovat vodu, se snížila téměř dvakrát. Po dalším měsíci se hmotnost filmu snížila o něco více než 10 % a molekulová hmotnost polymerních vazeb o 13 %. Jinými slovy, vědci získali první tvrdé důkazy o existenci bakterií, které se živí plasty, a také o jejich náchylnosti k biologickému rozkladu (biorecyklaci).
Hlavní hodnotou objevených mikroorganismů je, že odpadá nutnost jakékoli předúpravy plastů a polyethylenu zvláště. V tomto případě stačí bakterie umístit na plast a svou práci udělají.
Již tak nepředstavitelné množství plastového odpadu se ročně zvyšuje o 100-140 milionů tun. Sám se takový odpad prakticky nerozkládá, a proto se bude hromadit, dokud lidstvo nenajde způsob, jak s ním „bojovat“.
Potenciál objevu čínských vědců je prostě obrovský. Jeho další rozvoj by měl být předpokladem pro vývoj prvních metod čisté biorecyklace neuvěřitelně perzistentních a toxických plastových odpadů, které naše planeta tak nutně potřebuje.