Александр Соловьянов,
заместитель директора ФГБУ «ВНИИ Экология», доктор химических наук, профессор, академик Российской академии естественных наук:
«Любые органические вещества, которые попали в природную среду, рано или поздно исчезают. И многие из них становятся пищей для микроорганизмов. Закрытые полигоны по размещению отходов медленно, но верно оседают, уменьшаются в объеме, поскольку вся накопленная в них органика, в том числе и отходы пластиков, съедается сообществом микроорганизмов. В дренажных водах, которые образуются при разложении ТКО, можно обнаружить сотни штаммов бактерий, которые принимали участие в разложении органики. Их можно выделять, размножать и использовать по целевому назначению.
Уже сейчас для разного вида отходов, например для древесины, бумаги, нефтешламов (сложные физико-химические смеси, которые состоят из нефтепродуктов и механических примесей), подобраны коллекции штаммов, которые используются для ликвидации таких отходов в промышленных масштабах. Во многих нефтедобывающих регионах использование бактерий для рекультивации является многолетней практикой. Не исключаю, что в будущем именно штаммы бактерий помогут человечеству решить проблемы пластика. Однако до тех пор, когда подобная технология станет промышленной, необходимо подходить к проблеме комплексно».
Бактерии
Почвенная бактерия Ideonella Sakaiensis
Как открыли
Впервые эта бактерия была обнаружена в Японии в 2016 году. Нашли «героя» на свалке, где почвенная бактерия эволюционировала и начала пожирать полимеры, в том числе термопластик полиэтилентерефталат, который применяется при изготовлении пластиковых бутылок.
Как функционирует
Ideonella sakaiensis превращает молекулы пластика в воду и углекислый газ, разлагая цепочки PET на одиночные звенья и поедая их. Ученые проанализировали структуру ДНК бактерии и выяснили, что за уничтожение пластика отвечают всего два фермента. Первый разлагает длинные звенья полимера на мономолекулы этиленгликоля и терефталевой кислоты. Второй разлагает монозвенья на этиленгликоль и терефталевую кислоту, которые затем используются бактерией в жизнедеятельности. Процесс разложения пластика пока идет достаточно медленно: со скоростью всего 0,13 мг в день c 1 кв. см.
Перспективы
Ученые уверены, что добавление колоний Ideonella sakaiensis на свалки и мусорные полигоны может заметно ускорить уничтожение полимеров. Кроме того, ученые предполагают, что для переработки и уничтожения пластика можно использовать и синтетические версии ферментов, разработку и модификацию которых ведут сегодня – уже определен состав фермента бактерии для воссоздания похожей субстанции.
Бактерия Biocellection
Как открыли
Строго говоря, пока это безымянная бактерия, которую создали ученые Миранда Вэнг и Джинни Яо.
Как функционирует
Бактерия способна разлагать пластик на более простые полимеры и углекислый газ. На данный момент исследователи добились готовности технологии к промышленному использованию, но вопрос скорости переработки пока не решен: предположительно 1 цикл займет всего 1 сутки.
Перспективы
По плану ученых, одно из возможных применений – это плавучий «реактор», который будет собирать пластик в океане и перерабатывать его во внутренней емкости. «Съеденные» полимеры частично будут использоваться бактериями для питания и частично – в повторном производстве пластика или топлива.
Насекомые
Мучной хрущак Tenebrio molitor
Как открыли
Способность личинок поедать пластик без вреда для себя обнаружилась случайно. Их просто забыли покормить, и насекомые принялись поедать собственные кормушки, по стечению обстоятельств выполненные из пенопласта.
Как функционирует
При отсутствии другой пищи личинки большого мучного хрущака способны поедать все, в том числе пенопласт. В желудочно-кишечном тракте червя полимер превращается в биодеградируемые соединения с выделением углекислого газа. Органические соединения позднее использовались в качестве грунта, в котором выращивались растения. Исследователи предполагают, что способность переваривать пластик во многом существует из-за симбиотов – бактерий, живущих в кишечнике личинок, их действие еще предстоит выяснить. За сутки «отряд» из 100 личинок съедает 40 мг пенополистирола.
Перспективы
Ученые выяснили, что эти личинки, как и контрольная группа, содержащаяся на обычном рационе, окукливаются, а из куколок выходят здоровые имаго. Это означает, что, возможно, разложение пластиков не наносит вреда жизнедеятельности организма и может применяться без вреда для популяции.
Восковая огневка Galleria mellonella
Как открыли
Изначально этот вид бабочек известен как вредители: они поедают воск и способны нанести большой вред ульям. Ученые выделили фермент, выделяемый ими для переваривания пищи, и нанесли его на полиэтилен – материал начал разрушаться, превращаясь в этиленгликоль.
Как функционирует
Восковые огневки способны измельчать, а затем переваривать полиэтилен, выделяя биоразлагаемые фрагменты. Причем в данном случае переваривание пластика идет благодаря собственным ферментам гусениц. Установлено, что за 12 часов гусеницы «перерабатывают» примерно 92 мг полиэтилена.
Перспективы
Как отмечают исследователи, скорость переваривания впечатляет, ведь бактериям, у которых ранее нашли способность к разрушению полиэтилена, на это требуются недели или месяцы. Это свойство может быть использовано при усовершенствовании технологий биоразложения.
Грибы
Плесневые грибы Aspergillus tubingensis
Как открыли
Российские ученые обнаружили эти микроорганизмы в лабораторных условиях. Автором проекта стала аспирант кафедры прикладной биологии и микробиологии астраханского университета Анна Каширская. Исследование под названием «Биологическое разложение полиуретана с помощью Aspergillus tubingensis» было проведено также учеными из международного исследовательского центра World Agroforestry Centre (базируется в Кении) и Куньминского ботанического института (входит в состав Китайской академии наук).
Как функционирует
При взаимодействии с пластиком грибы выделяют ферменты, которые разрушают химические связи в полимерах. Источником питания для них служит полиэтилен. В ходе российского эксперимента после девяти лет нахождения в растворе дистиллированной воды, в которую опустили небольшое количество земли и неорганические соли, прочность полиэтиленового пакета снизилась на 66%.
Перспективы
По мнению ученых, открытые микроорганизмы позволят ускорить процесс разложения полиэтилена в несколько десятков раз, что улучшит экологическую ситуацию на планете.
Грибы Pestalotiopsis microspora
Как открыли
Группа студентов отделения молекулярной биофизики и биохимии Йельского университета во время экспедиции в дождевые леса Эквадора обнаружила прежде неизвестный вид грибов, который питается полиуретанами.
Как функционирует
Из найденных микроорганизмов был выделен фермент, который позволяет им разрушать полиуретаны в бескислородных условиях.
Перспективы
Грибы Pestalotiopsis microspora – единственный на сегодняшний день известный микроорганизм, который может выжить, питаясь только полиуретанами, в среде с очень маленьким количеством кислорода. Это означает, что эти грибы можно помещать на дно мусорных свалок для ускорения разложения отходов.
