Группа ученых из МГУ и НовГУ под руководством профессора Владимира Ильинского изучилабактерии, которые обитают в Баренцевом море на пластиковых отходах. Выяснилось, что многие микроорганизмы не только живут на пластике, но и питаются им. Ученые идентифицировали их и обнаружили как знакомые для этого региона штаммы, так и новый вид. Исследование в перспективе может помочь в борьбе с пластиковым загрязнением Арктики. Об этом aif.ru рассказали в пресс-службе Минобрнауки России.
Бактериальный аппетит
Пластик на завтрак и на обед
Ученые НовГУ, МГУ и Института океанологии имени П. П. Ширшова решили подробнее узнать о таких микроорганизмах в их естественной среде обитания — Баренцевом море. Бактериальные культуры выделили из нароста (так называемой пластисферы), который они образовали на морских пластиковых отходах (ПЭТ — полиэтилентерефталате, полиэтилене, полипропилене и полистироле). Образцы собирали в прибрежной зоне отливов и приливов в районе двух губ Баренцева моря — Зеленецкой и Подпахты, а также в Кольском заливе — во время летних экспедиций в 2021-2023 годах.
Смыв бактерии с пластика, ученые поместили их на специальную питательную минеральную среду, которая не содержала органики. Единственным источником углерода и энергии для микроорганизмов в этой среде послужил один из типов пластика, добавленный в виде порошка, волокон или эмульсии. Таким образом ученые проверяли бактерии на «вкусовые предпочтения» — если колония начинала расти, значит, она могла использовать пластик в пищу.
Чтобы окончательно убедиться в том, что этим источником был пластик, а не какие-то иные компоненты среды, ученые провели серию дополнительных исследований. Критериями способности бактерий разлагать пластик выступили снижение его массы во время культивирования на нем микроорганизмов, визуальные повреждения поверхности пластика — так называемая биоэрозия, а также отсутствие роста бактерий в среде, не содержащей пластик.
Как бактерии ели пластик
На следующем этапе исследования ученые решили узнать, как именно бактерии разрушают отходы — увидеть повреждения молекулярной структуры пластика. Для этого они использовали метод инфракрасной спектроскопии с Фурье преобразованием (ИК-Фурье). Она позволяет оценить состояние химических связей внутри молекулы, как бы снимая с нее «отпечатки пальцев» — спектральные сигнатуры или пики. Несколько раз сравнив такие пики у нетронутого пластика и того, на котором в течение минимум 40 суток жили бактерии, ученые смогли увидеть характер изменений структуры молекул. Часть пластика была «изъедена» микроорганизмами — химические связи в таких образцах были повреждены.
При этом разные бактериальные культуры по-разному съедали пластик (разная интенсивность разложения материала). Лучше всего следы «обеда» оказались видны на поверхности ПВХ, которая подверглась воздействию культуры одной из колоний Stenotrophomonas sp.: она стала шершавой и крошилась. При электронной микроскопии хорошо была видна эрозия, на срезе материала — пузырьки, заполненные бактериями.
«Бактерии не едят отходы в „ноль“, колония прекращает свое существование раньше, чем пластик, на котором она живет, — рассказала aif.ru сотрудник кафедры общей экологии и гидробиологии биологического факультета МГУ и руководитель проекта «СевМорСубботник» Олеся Ильина. — Упомянутая выше колония Stenotrophomonas sp. не съедает ПВХ-лодки, она просто портит поверхность. Те культуры, которых тестировали на изменение массы субстрата, показывали снижение массы пластика в пределах 0,5% за месяц культивирования. То есть это очень медленный процесс. Сейчас мы его только изучаем. Чтобы его начать использовать для промышленного биокомпостирования, нужно очень сильно его доработать методами генной инженерии, ускорить, усилить и перевести в менее капризного носителя, чем морские бактерии».
Кто есть кто
Третьим этапом работы стало определение видов микроорганизмов, которые питались пластиком. Для этого ученые расшифровали у каждого штамма участок гена16S рРНК, анализ последовательности которого позволяет определить принадлежность культуры с точностью до рода.
Было выделено девять культур микроорганизмов — восемь чистых и одна смешанная колония. Пять из них оказались «жителями» ПЭТ, две — полиэтилена и по одной — полипропилена и полистирола. Семь из девяти культур успешно прошли тест на питание пластиком. Таким образом ученые показали, что эти виды могут использовать его как единственный источник пищи.
При этом некоторые культуры оказались известны ученым. Их уже находили в пластисферах Арктического региона. Новичком стала бактерия Persicitalea sp. — ее впервые идентифицировали в наростах на пластике в арктических морях.
Интересным оказался и механизм разрушения отходов. Для ПЭТ, из которого делают бутылки, бактерии запускали процесс гидролиза — основного известного механизма разложения ПЭТ, при котором разрываются связи в сложноэфирных группах молекулы. В случае полиэтилена и полипропилена бактерии атаковали углеродный скелет полимера — основу молекулярной цепи. Еще одна бактерия изменила структуру углеродного скелета молекулы ПЭТ, оставив нетронутыми полиэфирные связи.
Съедят корабли и купальники?
Можно ли вывести бактерии, способные съесть пластик прямо в море, и добавить их воду?
«Такие бактерии начали бы с того, что съели бы пластиковые составляющие кораблей, рыболовных снастей и портов, и мы остались бы без судоходства и без портов, а посетители пляжей — еще и без купальников, — пояснила Олеся Ильина. — В идеале мы сможем выделить комплексы ферментов, способных разрушать определенные типы пластика. Эти комплексы впоследствии можно будет использовать, чтобы клонировать более подходящих бактерий и применять их в контролируемых условиях биокомпостеров, а не в естественной среде, где они вряд ли будут сколько-нибудь эффективны. В море они или погибнут, или перейдут на органику, пренебрегая пластиком».
Пока процессы биодеструкции пластика находятся на начальном этапе изучения. Следующий шаг — понимание возможностей использования разрушения отходов бактериями в технологических схемах.
| Подписывайтесь на АиФ в MAX |
