Генномодифицированные бактерии, разработанные американскими учеными, способны разрушать даже самый устойчивый пластик. В процессе эксплуатации материала микроорганизмы увеличивают его прочность, а после попадания на полигон отходов – быстро расщепляют его.
Пластик – один из самых распространенных материалов современности, благодаря своей доступности, химической стойкости и прочности. Но именно его прочность создает трудности при утилизации. Разложение пластика занимает десятилетия, а порой и столетия, что приводит к загрязнению почвы и мирового океана. В связи с этим ученые по всему миру активно ищут способы эффективного расщепления пластика, и в последние годы были выявлены бактерии, способные выполнять эту функцию.
Некоторые виды бактерий, такие как Rhodococcus ruber, способны перерабатывать пластик, уничтожая до 1,2 процента массы полиэтилена, ежегодно попадающего в Мировой океан. Правда, для этого нужны подходящие условия окружающей среды, да и сам пластик, который способны расщеплять такого рода бактерии, обычно мягкий. Куда сложнее дела обстоят с прочным материалом, например термопластичным полиуретаном, из которого изготавливают обувь, запчасти для автомобилей, чехлы для телефонов и многие другие бытовые товары. Пока такой вид пластика вообще не подлежит вторичной переработке.
Сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) решили изучить эту задачу. Их внимание привлекла сенная палочка (Bacillus subtilis) — вид грамположительных бактерий, выделяемый из сена. Этот вид бактерий широко распространен – его можно обнаружить в кишечнике человека и животных, а также в воздухе и воде. Эти микроорганизмы обладают способностью к разрушению пластика.
Ученые предлагают добавлять Bacillus subtilis непосредственно в состав материала. Бактерия не будет разрушать пластик, пока он не окажется на полигоне и не контактирует с почвой. Для запуска процесса выработки ферментов пластик необходимо поместить в компостную яму. Таким образом, использовать подобные изделия можно неограниченный срок. Однако существует сложность – высокая температура, применяемая при изготовлении пластика, уничтожает большую часть спор бактерий.
В связи с этим, исследователи разработали генетически модифицированные микроорганизмы Bacillus subtilis, устойчивые к высоким температурам, и выяснили, что от 96 до 100 процентов спор этих бактерий сохраняют жизнеспособность при нагревании до 135 градусов Цельсия. Полученные данные представляются весьма перспективными, поскольку немодифицированные бактерии выдерживают подобную термическую обработку лишь в 20 процентах случаев.
Затем исследователи оценили способность Bacillus subtilis к разрушению пластика. Было установлено, что при концентрации, составляющей до одного процента от массы пластика, микроорганизмы способны расщепить более 90 процентов материала в течение пяти месяцев после добавления в компостную смесь. Ученые также выявили дополнительное преимущество: пластик, полученный с использованием Bacillus subtilis, демонстрирует на 37 процентов большую прочность и на 30 процентов меньшую подверженность разрыву по сравнению со стандартным термопластичным полиуретаном. Таким образом, споры бактерий воздействуют на материал, подобно армирующей добавке. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.