Plastik zmienią w zimno: Arktyczne mikroby!

Odkryte w Alpach i Arktyce mikroorganizmy potrafią rozkładać plastik w niskich temperaturach – informuje pismo „Frontiers in Microbiology”.

Organizmy, które są w stanie trawić plastik, mogłyby w dużej mierze rozwiązać problem zanieczyszczenia plastikowymi odpadami. Znaleziono już kilka mikroorganizmów, które to potrafią, ale enzymy, które to umożliwiają zwykle działają tylko w temperaturach powyżej 30 stopni Celsjusza. Przy użyciu na skalę przemysłową oznaczałoby to wysokie koszty, związane z dużym zużyciem energii do ogrzewania oraz dodatkową emisję dwutlenku węgla.

Rozwiązaniem problemu byłoby odkrycie przystosowanych do zimna drobnoustrojów, których enzymy działają ma tworzywa sztuczne także w niższych temperaturach.

Pracujący obecnie w Szwajcarskim Instytucie Federalnym WSL dr Joel Rüthi i jego współpracownicy szukali takich właśnie mikroorganizmów w górnych partiach Alp oraz w regionach polarnych. Pobrali próbki 19 szczepów bakterii i 15 grzybów, które pojawiły się na Grenlandii, Svalbardzie i w Szwajcarii na swobodnie leżącym lub celowo zakopanym w ziemi na rok plastiku. Próbki ze Szwajcarii zostały zebrane na szczycie Muot da Barba Peider (2979 m nad poziomem morza) oraz w dolinie Val Lavirun, w obu przypadkach w kantonie Graubünden.

W laboratorium naukowcy pozwolili wyizolowanym drobnoustrojom rosnąć jako kultury pojedynczego szczepu w ciemności, w temperaturze 15 st. C, a następnie wykorzystali techniki molekularne do ich identyfikacji. Jak się okazało, szczepy bakterii należały do 13 rodzajów z gromad Actinobacteria i Proteobacteria, a grzybów do 10 rodzajów w gromadach Ascomycota i Mucoromycota.

Następnie wykorzystano zestaw testów do sprawdzenia każdego szczepu pod kątem jego zdolności do trawienia sterylnych próbek nieulegającego biodegradacji polietylenu (PE) i biodegradowalnego poliestru - poliuretanu (PUR), a także dwóch dostępnych na rynku biodegradowalnych mieszanin politereftalanu adypinianu butylenu (PBAT) i polimeru kwasu mlekowego (PLA).

„Pokazujemy, że nowe taksony drobnoustrojów uzyskane z „plastysfery” gleb alpejskich i arktycznych były w stanie rozkładać biodegradowalne tworzywa sztuczne w temperaturze 15 st. C” — powiedział dr Rüthi.

Żaden ze szczepów nie był w stanie strawić polietylenu, nawet po 126 dniach inkubacji na tych tworzywach, ale 19 (56 proc.) szczepów, w tym 11 grzybów i 8 bakterii potrafiło strawić PUR w temperaturze 15 st. C, zaś 14 grzybów i 3 bakterie były w stanie rozłożyć mieszaniny PBAT i PLA. Magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) i test oparty na fluorescencji potwierdziły, że te szczepy były w stanie rozdrobnić polimery PBAT i PLA na mniejsze cząsteczki.

„Odkrycie, że duża część badanych szczepów była zdolna do degradacji co najmniej jednego z badanych tworzyw sztucznych było dla nas bardzo zaskakujące” – zaznaczył Rüthi.

Najlepiej radziły sobie dwa niescharakteryzowane gatunki grzybów z rodzajów Neodevriesia i Lachnellula: mogły strawić wszystkie badane tworzywa sztuczne z wyjątkiem PE. Ponadto okazało się, że dla większości szczepów zdolność do trawienia tworzyw sztucznych zależała od pożywki – każdy szczep reagował inaczej zależnie od zastosowania jednej z czterech użytych pożywek.

Ponieważ nowoczesne tworzywa sztuczne istnieją dopiero od lat 50. XX wieku, zdolność do rozkładania plastiku prawie na pewno nie była cechą promowaną przez dobór naturalny.

CZYTAJ KONIECZNIE: Bakterie-cyborgi prosto z laboratorium

Przebadali chmury. Zadziwiające ich właściwości

„Wykazano, że drobnoustroje wytwarzają szeroką gamę degradujących polimery enzymów zaangażowanych w rozkład ścian komórkowych roślin. W szczególności grzyby chorobotwórcze dla roślin często biodegradują poliestry ze względu na ich zdolność do wytwarzania kutynaz, ponieważ tworzywa te są podobne do polimeru roślinnego kutyny” – wyjaśnił dr Beat Frey z WSL.

Ponieważ dr Rüthi i jego zespół prowadzili testy tylko w temperaturze 15 st. C, nie znają jeszcze optymalnej temperatury działania enzymów dla poszczególnych szczepów.

„Wiemy jednak, że większość testowanych szczepów może dobrze rosnąć w temperaturze od 4 st. C do 20 st. C, z optymalną temperaturą około 15 st. C – powiedział Frey. - Kolejnym dużym wyzwaniem będzie identyfikacja enzymów rozkładających tworzywa sztuczne wytwarzanych przez szczepy drobnoustrojów i optymalizacja procesu w celu uzyskania dużych ilości białek. Ponadto może być potrzebna dalsza modyfikacja enzymów w celu optymalizacji właściwości takich jak stabilność białek”.

Więcej w publikacji źródłowej: DOI: 10.3389/fmicb.2023.1178474 (PAP)