Bakterie zjadające plastik – rewolucja w oczyszczalniach

Przełom w walce z zanieczyszczeniem plastikiem

Naukowcy z University of Waterloo w Kanadzie dokonali przełomowego odkrycia, które może na zawsze zmienić sposób, w jaki radzimy sobie z zanieczyszczeniem plastikiem. Wykorzystując proces określany jako „bakteryjny seks”, genetycznie zmodyfikowali bakterie często występujące w oczyszczalniach ścieków, aby rozkładały mikroplastik. Czy to początek końca plastikowej apokalipsy?

„Technologia, którą opracowaliśmy, zasadniczo pozwala nam dostarczać instrukcje bakteriom środowiskowym, aby rozkładały plastiki. W tym przypadku zaprogramowaliśmy je do rozkładania plastików PET” – wyjaśnia Aaron Yip, doktorant w Departamencie Inżynierii Chemicznej na University of Waterloo. PET (politereftalan etylenu) to jeden z najczęściej stosowanych rodzajów plastiku, wykorzystywany w butelkach, odzieży, dywanach i wielu innych produktach.

Spektakularne wyniki testów

W optymalnych warunkach laboratoryjnych bakterie zdołały zredukować masę plastikowej pokrywki o 40 procent w zaledwie cztery dni. W drugim eksperymencie, przy mniejszej ingerencji badaczy, osiągnięto około 2-procentowy rozkład w ciągu tygodnia. „Jeśli pomyślimy o tym w szerszym kontekście, gdzie plastikowi zajmuje ponad 100 lat, aby rozłożyć się w naturalnym środowisku, dwa procent w tydzień to naprawdę dobry wynik” – podkreśla Yip.

Comamonas testosteroni – bohater z oczyszczalni

Szczególną uwagę naukowców zwróciła bakteria Comamonas testosteroni, która naturalnie występuje w ściekach i potrafi wykorzystywać plastik jako źródło pożywienia. Badacze z Northwestern University jako pierwsi zademonstrował nie tylko, że bakteria ta może rozkładać plastik, ale także dokładnie wyjaśnili, jak to robi.

Proces jest fascynująco prosty, jak wyjaśnia Nanqing Zhou, główny autor badania: „Jeśli chcesz zjeść wołowinę, musisz ją pokroić na różne części, niektóre możesz zjeść, niektóre nie. Przetwarzasz ją na różne kawałki steku, potem gotujesz, a następnie musisz pokroić na mniejsze kawałki, zanim zjesz i strawisz”.

Enzymy – klucz do sukcesu

Naukowcy zidentyfikowali konkretny enzym, który pozwala bakteriom przekształcić niejadalny plastik w bogatą w węgiel przekąskę. Aby potwierdzić swoje odkrycie, usunęli gen odpowiedzialny za tworzenie tego enzymu i zaobserwowali znaczne zmniejszenie zdolności C. testosteroni do rozkładania plastiku.

Jak zauważył legendarny mikrobiolog Louis Pasteur: „Szczęście sprzyja przygotowanemu umysłowi”. W przypadku tych bakterii, ewolucja przygotowała je do radzenia sobie z plastikiem na długo przed tym, zanim ludzkość zdała sobie sprawę z problemu.

E. coli – od zagrożenia do zbawcy środowiska

E. coli, bakteria kojarzona głównie z zatruciami pokarmowymi, stała się gwiazdą biotechnologii. Stephen Wallace z University of Edinburgh wykorzystał ją do przekształcania odpadów plastikowych w paracetamol – popularny lek przeciwbólowy. Ta sama bakteria została również zaprogramowana do przekształcania plastiku w aromat waniliowy i odpadów z kanalizacji w perfumy.

„To tak, jakby zamiast karmić bakterie tortem, karmiliśmy je świeczkami z tortu” – obrazowo wyjaśnia Helen Zha z Rensselaer Polytechnic Institute, która wraz z zespołem przekształciła plastik w biodegradowalny jedwab pajęczy.

Mikrobiologiczna rewolucja w liczbach:

• Plastik PET stanowi 12% globalnych odpadów stałych
• Rocznie produkujemy 90 milionów ton plastiku PET
• 14 milionów ton plastiku trafia do oceanów każdego roku
• Do 2040 roku ilość plastiku w oceanach może wzrosnąć do 600 milionów ton

Wyzwania i obawy

Oczywiście, bakterie nie są jeszcze gotowe do wypuszczenia do oczyszczalni ścieków i wysypisk śmieci jako ekipa sprzątająca. „Sposób, w jaki chcemy, aby plastik był rozkładany, jest dużo szybszy niż bakterie naprawdę tego potrzebują” – przyznaje Rebecca Wilkes z National Renewable Energy Laboratory.

Istnieją również obawy dotyczące bezpieczeństwa. Co się stanie, gdy bakterie rozkładają plastik? Na co się przekształca? Czy zmienione genetycznie instrukcje będą się utrzymywać w środowisku? To pytania, na które naukowcy muszą odpowiedzieć przed wdrożeniem technologii na szeroką skalę.

Przyszłość bez plastiku?

Paul Jensen, mikrobiolog z University of Michigan, zwraca uwagę na niedoceniany potencjał innych mikroorganizmów. „Podczas gdy idziemy naprzód z coraz bardziej rozbudowaną inżynierią E. coli, mogą istnieć inne mikroby, które robią te rzeczy naturalnie – i lepiej”. Bioprospecting na wysypiskach śmieci może ujawnić mikroby, które zaczęły jeść nie tylko plastik, ale wszelkiego rodzaju inne odpady.

Czy bakterie zjadające plastik to nasza deska ratunku? Badacze są ostrożnie optymistyczni. „Gleby bakterii dostarczają niewykorzystanego, niezbadanego, naturalnie występującego zasobu reakcji biochemicznych, które mogą być wykorzystane, aby pomóc nam poradzić sobie z gromadzącymi się odpadami na naszej planecie” – podsumowuje Ludmilla Aristilde z Northwestern University.

Mikrobiologia po raz kolejny udowadnia, że rozwiązania największych problemów ludzkości mogą kryć się w najmniejszych organizmach. Pozostaje pytanie: czy zdążymy wdrożyć te rozwiązania, zanim plastik całkowicie zdominuje naszą planetę?

Źródła:

Northwestern University
University of Waterloo
Nature Biotechnology
American Chemical Society
Environmental Science and Technology
Science Daily