Арктические микроорганизмы разлагают пластик при низких температурах

Быстро растущий объем пластиковых отходов — серьезная проблема для окружающей среды. Загрязнение пластиком охватило даже Арктику и Альпы. Появился термин «пластисфера», означающий экосистему, ассоциированную с пластиком в окружающей среде. Развивающаяся индустрия переработки пластика в настоящее время предусматривает механическую или химическую переработку. Оба метода обладают значительными недостатками — приводят к повреждению химической структуры материала, требуют использования высоких температур или токсичных химикатов. Перспективным направлением становится разложение пластика с помощью микроорганизмов, но их потенциал все еще недостаточно изучен. Так, все существующие исследования проводились при относительно высоких температурах (20-55 °C). В новой публикации швейцарских ученых описаны бактериальные и грибковые штаммы, способные разлагать пластик при 15 °С, а также показана роль состава субстрата в этом процессе.

Изучались 34 штамма микроорганизмов, собранных в Гренландии, на архипелаге Шпицберген и в Швейцарских Альпах: 19 штаммов бактерий (Actinobacteria и Proteobacteria) и 15 грибков (Ascomycota и Mucoromycota). Все штаммы, кроме одного, были отобраны с поверхности частиц пластика, погребенных в почве; один штамм — из не загрязнённой пластиком почвы.

Для оценки способности штаммов к разложению пластика их культивировали при 15 °С на минеральной среде (MM), содержащий полиэстер-полиуретан (PUR) производства Impranil. Среды фотографировали на 8-й, 14-й, 22-й и 28-й дни. На фотографиях оценивали степень деградации содержащегося в среде пластика по размеру ореола (посветления среды вокруг колонии).

В культурах 22 из 34 штаммов визуально различимые ореолы формировались к 28-му дню. Три бактериальных и шесть грибковых штаммов — уже на третий день. Способность к разложению PUR показали представители всех вошедших в исследование таксонов, кроме Mucoromycota.

В следующем эксперименте микроорганизмы высаживали на высушенные и стерилизованные пленки из полиэтилена (PE) или частично биоразлагаемых пластиков на основе полиактида (PLA) и битленадипат-бутилентерефталата (PBAT) марок Ecovio и BI-OPL. Тестовые пробирки с культурами инкубировали 126 дней. Степень разложения пластика оценивали, измеряя массу сухого вещества пленки.

Наибольшее изменение массы наблюдалось для Ecovio и BI-OPL. Способность к их разложению показали 12 и 5 штаммов соответственно. Значимого изменения массы полиэтиленовой пленки в наблюдаемый промежуток времени ни в одном эксперименте не было зарегистрировано. Ни один из штаммов Proteobacteria и Mucoromycota не показал значимых изменений массы полимера ни на одной из сред. Зато штаммы Neodevriesia sp. и Lachnellula sp. показали способность к разложению всех протестированных биоразлагаемых пластиков.

Далее ученые изучили влияние состава среды на способность микроорганизмов деградировать пластик. Для этого по четыре штамма, наиболее эффективно разлагавших Ecovio и BI-OPL, высаживали на среду, содержащую соответствующий пластик и одну из комбинаций: MM; MM + желатин; R2A агар; R2A + желатин.

Оказалось, что состав среды оказывает значительное влияние на эффективность разложения пластика, при этом оптимальные условия различаются для разных штаммов. Примечательно, что для Lachnella sp. и Pseudogymnascus pannorum эффективность разложения Ecovio на MM среде была выше, чем на чистом пластике.

Авторы также описали особенности химии разложения пластиков микроорганизмами.

Таким образом, впервые описаны штаммы микроорганизмов, способные к разложению пластиков при низких температурах, а также показана роль состава среды в эффективности процесса разложения. Это открывает новые возможности для разработки и оптимизации методов биологической переработки пластиковых отходов.

Компонент бытовых пластмасс повышает смертность в полтора раза при высоком содержании в организме