Пять лет назад ученые, копавшиеся в почве и иле вокруг центра по переработке пластмасс в Японии, обнаружили бактерию, которая питалась популярным упаковочным материалом ПЭТ в качестве источника энергии с помощью пары специально развитых ферментов. Новое исследование показало, что это увлекательное открытие того времени является частью гораздо более широкой тенденции, согласно которой количество и разнообразие таких разрушающих пластик ферментов увеличивается в ответ на загрязнение пластиком во всем мире.
После этого открытия в Японии в 2016 году мы стали свидетелями еще нескольких интересных достижений в этой области. Первоначальная надежда заключалась в том, что, обнаружив те ферменты, которые позволили бактериям быстро превращать ПЭТ-пластик в экологически безвредные строительные блоки, в лаборатории можно будет разработать еще более эффективные версии, чтобы сформировать новое оружие в борьбе с загрязнением пластиком.
В 2018 году группа ученых в США, опираясь на это исследование, произвела искусственно созданный фермент, который может потреблять пластмассу примерно на 20 процентов эффективнее. Затем в 2020 году та же команда разработала еще более совершенную версию, которую они описали как суперфермент, который может переваривать пластиковые отходы в шесть раз быстрее.
Был обнаружен ряд ферментов со схожими способностями, и новое исследование, проведенное группой из шведского Технологического университета Чалмерса, показывает, что это явление широко распространено. Исследователи проанализировали образцы ДНК окружающей среды, полученные из сотен мест в океанах и на суше по всему миру, используя компьютерное моделирование, чтобы проверить их на наличие микробных ферментов, способных разрушать пластик.
Это выявило в общей сложности 30 000 ферментов, способных разрушать 10 типов обычных пластиков, а затем ученые сверили это с официальными данными о концентрации пластикового загрязнения в разных странах и океанах. Оказалось, что некоторые из мест с наибольшим количеством ферментов были наиболее загрязненными, например, Средиземное море и южная часть Тихого океана.
«Используя наши модели, мы нашли несколько линий доказательств, подтверждающих тот факт, что потенциал глобального микробиома по разложению пластика сильно коррелирует с измерениями загрязнения окружающей среды пластмассой, что является важной демонстрацией того, как окружающая среда реагирует на давление, которое мы на нее оказываем», - об этом сообщил автор исследования, Алексей Железняк.
Было обнаружено, что ферменты широко распространены в океане и на суше, но есть несколько интересных выводов. Команда обнаружила более высокие концентрации ферментов, разлагающих пластик, на более глубоких уровнях океана, что указывает на связь с более высокими концентрациями микропластика, наблюдаемыми на этих глубинах. Аналогичным образом было обнаружено, что образцы земли содержат гораздо больше пластических добавок на основе фталата, а также ферменты, которые, как известно, способны их разлагать, что указывает на связь между ними.
«В настоящее время очень мало известно об этих ферментах, разлагающих пластик, и мы не ожидали найти их такое большое количество в множестве различных микробов и сред обитания. Это удивительное открытие, которое действительно иллюстрирует масштаб проблемы», - объясняет Ян Зримек, первый автор исследования.
Массовое производство пластика резко возросло с примерно 2-х миллионов тонн в год до ошеломляющих 380 миллионов за последние семь десятилетий или около того, и около восьми миллионов тонн ежегодно смываются в океан. Хотя это дало микробам значительное окно для развития эволюционной реакции на отходы в их среде обитания, потребуется много высокоэффективных ферментов, чтобы съесть эту проблему. Но с такими значительными открытиями, как эти, учебные пособия для исследователей продолжают расширяться.
«Следующим шагом будет тестирование наиболее многообещающих ферментов-кандидатов в лаборатории для тщательного изучения их свойств и скорости разложения пластика, которой они могут достичь», - говорит Железняк. «Отсюда вы можете создавать микробные сообщества с целевыми функциями разложения для определенных типов полимеров».
Исследование было опубликовано в журнале mBio.
Источник: Chalmers University of Technology.
