Самый перспективный фермент обнаружили в обычной компостной куче
Учёные из Дании обнаружили в обычном компосте бактерию, производящую фермент, способный разрушать полиуретан – один из наиболее сложных для переработки видов пластика. Исследователи надеются, что открытие поможет разработать новые технологии утилизации отходов, которые сегодня преимущественно отправляются на свалки или сжигаются.
Как сообщает Орхусский университет (Aarhus University), исследование проводилось совместно со специалистами Датского технологического института. Его результаты опубликованы в научном журнале Angewandte Chemie International Edition.
Полиуретан широко используется при изготовлении матрасов, мебельного поролона, обувных подошв, теплоизоляционных материалов и множества других изделий. Однако перерабатывать его значительно сложнее, чем некоторые распространённые виды пластика.
В поисках решения учёные обратились к природе, где микроорганизмы постоянно участвуют в разложении самых разных веществ.
Для этого они собрали образцы бактерий в самых разных местах: на мусорном полигоне в Кении, в тропическом зоопарке датского города Раннерс, в пищеварительной системе личинок восковой моли и в компостной куче неподалёку от Орхуса.
Особое внимание уделяли микроорганизмам, обитающим там, где органические вещества активно разлагаются или где длительное время накапливаются пластиковые отходы.
В результате учёные исследовали миллионы бактерий и обнаружили 29 микроорганизмов, обладающих интересующими их свойствами. Из них удалось выделить 12 ферментов, способных расщеплять определённые химические связи в полиуретане и нейлоне.
Наиболее перспективным оказался фермент CCPUR1, который производит бактерия Chelatococcus composti.
И нашли его не на огромной мусорной свалке и не в экзотической тропической среде, а в обычной компостной куче примерно в десяти километрах от университета.
Чтобы выявить подходящие бактерии, исследователи использовали специальные вещества, которые начинали светиться при разрушении определённых химических связей. Это позволило быстро отбирать микроорганизмы, потенциально способные воздействовать на пластик.
Затем выделенные ферменты проверяли уже на настоящих полимерных материалах.
В лабораторном эксперименте CCPUR1 действительно смог разрушить часть измельчённого пенополиуретана, используемого при производстве матрасов.
Правда, результат оказался весьма скромным: за трое суток фермент расщепил менее 1% материала.
Для промышленной переработки пластиковых отходов такой скорости явно недостаточно.
Однако учёных заинтересовала необычная устойчивость фермента. Он способен сохранять активность при сравнительно высоких температурах и в присутствии различных растворителей.
Вероятно, эти свойства связаны со средой, в которой обитает производящая его бактерия. В компостных кучах температура может достигать 80 градусов Цельсия, а микроорганизмам приходится приспосабливаться к разложению сложных природных веществ.
Исследователи предположили, что ферменты, изначально приспособленные к расщеплению природных материалов, могут оказаться полезными и при переработке синтетических полимеров.
Учёные уже попытались улучшить обнаруженный фермент.
В ходе последующей работы совместно с коллегами из Университета Порту они изменили его структуру с помощью методов белковой инженерии.
Модифицированный фермент за три дня смог разрушить около 1,4% полиуретана из настоящей обувной подошвы, причём материал предварительно не подвергали специальной обработке.
Эти результаты опубликованы в отдельном исследовании в научном журнале Chem Catalysis.
Специалисты отмечают, что биологическая переработка пластика имеет потенциальные преимущества перед традиционными химическими методами. Ферменты могут работать при более низких температурах и давлениях, что в перспективе позволит сократить энергозатраты и использование агрессивных химических веществ.
В дальнейшем исследователи намерены повысить эффективность найденных ферментов и изучить возможность их совместного применения для последовательного разрушения различных видов пластика.
Пока же открытие не означает, что появилась бактерия, способная быстро уничтожать пластиковые отходы.
Но оно показывает, что новые инструменты для решения одной из крупнейших экологических проблем человечества могут скрываться даже в самой обычной компостной куче.
