Patys valgykite plastiką. Atrasti jūriniai grybai, galintys ryti mikroplastiką

Plastiko žala jūrų ekosistemoms yra gerai žinoma: vien dėl plastiko atliekų Ramiajame vandenyne kasmet žūsta daugiau kaip milijonas jūros paukščių ir daugiau kaip 100 000 jūrų žinduolių. Plastiko atliekose taip pat gali susikaupti tokios pavojingos cheminės medžiagos, kaip ftalatai ir bisfenolis A.

Tačiau gamtoje jau yra organizmų, kurie moka skaidyti plastiką. Mokslininkai ieško ir randa bakterijas ir grybus, galinčius virškinti plastiką, kad galėtų juos pritaikyti jiems biotechnologijas ir pasukti Žemės taršos procesą atgalios.

Grybeliai-šiukšlininkai

Naujame tyrime mokslininkai iš Havajų universiteto (UH) Manoa mieste nusprendė pažvelgti į tuos grybus, kurie gyvena vandenyne. Havajų salos yra tokioje vandenyno vietoje, kad į jų krantus srovės atplukdo plastiko atliekas iš viso pasaulio. Netoli salų yra Didžioji Ramiojo vandenyno šiukšlių dėmė. Pasirodo, daugelis Havajų pakrantės aplinkoje išskirtų grybų rūšių gali skaidyti plastiką, o kai kurias iš jų galima priversti tai daryti greičiau.

Manoa universiteto mokslininkų grupė daugiausia dėmesio skyrė didelei grupei grybų, kuriuos jie išskyrė iš Havajų pakrantės zonos smėlio, dumblių, koralų ir kempinių. Grybai dažnai minta dalykais, kurių kiti organizmai negali suvirškinti, pavyzdžiui, mediena ar chitinu. Todėl mokslininkai patikrino grybų gebėjimą virškinti plastiką.

 

PET plastikas sudarytas iš pasikartojančių monomerų molekulių, kurios sudaro ilgas grandines – polimerus. Ryšiai tarp monomerų yra labai stiprūs. Dėl to plastikas yra tvirtas ir patvarus. Būtent dėl polimerų tvirtumo plastikas taip ilgai išlieka aplinkoje. Natūralūs procesai suskaido plastiką į mikroplastiko gabalėlius, tačiau polimerų grandinių suskaidyti negali. Užuot suirusios, plastiko šiukšlės skyla tik į mikroplastikus. Dėl to plastikas yra labiausiai paplitęs jūrų teršalas, o plastiko paviršiai – sparčiausiai vandenyne auganti buveinė. Aplinkosaugininkų skaičiavimais, šiuo metu vandenynuose yra nuo 75 iki 199 mln. tonų plastiko atliekų. Vien Didžiojo Ramiojo vandenyno šiukšlių lopo dydis yra apie 1,6 mln. kvadratinių kilometrų.

Norėdama tai patikrinti, komanda pripildė mažus indelius poliuretanu – įprastu plastiku, dažnai naudojamu medicininiuose ir pramoniniuose gaminiuose, pavyzdžiui, putplasčiuose, lanksčiose medžiagose ir klijuose, – ir užkrėtė juos 68 grybų atmainomis, paimtomis iš jūrinių buveinių. Siekiant nustatyti santykinį plastiko suvartojimo greitį, periodiškai buvo matuojamas grybų išvalytas plotas. Iš 68 padermių 42 padermės parodė gebėjimą skaidyti plastikines pakuotes.

Tuomet mokslininkai atrinko greičiausiai augančius grybelius ir eksperimentiškai juos evoliucionavo, siekdami išsiaiškinti, ar šie grybai laikui bėgant gali prisitaikyti greičiau ir efektyviau suvartoti plastiką. Devyni greičiausi „valytojai“ buvo įmesti į skystą terpę su didėjančia poliuretano koncentracija, pradedant nuo 1 % ir baigiant 12 %. Po to naujais bandymais buvo palygintas pradinių ir pritaikytų grybų augimo greitis, ir rezultatai parodė, kad trys iš devynių greičiausių grybų sunaudojo daugiau plastiko.

„Buvome šokiruoti, kad daugiau nei 60 proc. grybų, kuriuos surinkome iš vandenyno, sugebėjo valgyti plastiką ir versti jį grybeliais“, – pranešė viena iš pagrindinių tyrimo tyrėjų Ronja Steinbach. – Mus taip pat sužavėjo, kaip greitai grybai sugebėjo prisitaikyti. Buvo labai įdomu pamatyti, kad vos per tris mėnesius – palyginti trumpą laikotarpį – kai kurie grybai sugebėjo 15 proc. padidinti savo maitinimosi greitį.“ Šie rezultatai rodo, kad jūrinius grybus galima „išmokyti“ efektyviau perdirbti plastiką.

Dabar UH Mānoa komanda ketina atlikti daugiau tyrimų ir išsiaiškinti, ar šie grybai gali maitintis kitų rūšių plastiku. Mokslininkai taip pat bando ląsteliniu ir molekuliniu lygmeniu tiksliai suprasti, kaip grybai sąveikauja su polimerų junginiais.

Apie grybų gebėjimą skaidyti plastiką buvo žinoma ir anksčiau. Pavyzdžiui, olandų jūrų mikrobiologai pranešė šiaurinėje Ramiojo vandenyno dalyje atradę grybą 𝑃𝑎𝑟𝑒𝑛𝑔𝑦𝑜𝑑𝑜𝑛𝑡𝑖𝑢𝑚 𝑎𝑙𝑏𝑢𝑚, 𝑃𝑎𝑟𝑒𝑛𝑔𝑦𝑜𝑑𝑜𝑛𝑡𝑖𝑢𝑚 𝑎𝑙𝑏𝑢𝑚, kuris, veikiamas ultravioletinių spindulių, gali skaidyti plastiko polietileno daleles. Kitas tos pačios grupės atliktas tyrimas parodė, kad jūrinės mielės 𝑅𝘩𝑜𝑑𝑜𝑡𝑜𝑟𝑢𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑐𝑖𝑙𝑎𝑔𝑖𝑛𝑜𝑠𝑎, aptiktos ant plastiko atliekų Šiaurės jūroje, geba metabolizuoti ir skaidyti polietileną, pasisavindamos iš plastiko anglį.

Be amerikiečių ir olandų atrastų plastiku mintančių grybų, yra dar vienas jūrinis grybas, kuris taip pat gali skaidyti polietileną. Tai 2017 m. prie Portugalijos krantų išskirtas 𝑍𝑎𝑙𝑒𝑟𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑎𝑟𝑖𝑡𝑖𝑚𝑢𝑚. Jis kovoja su polietilenu sūriame vandenyje, jei neranda kitų maisto šaltinių.

Kitos galimybės

Mokslininkai taip pat ieško potencialių šiukšlininkų tarp bakterijų. Pavyzdžiui, į bacilas panaši bakterija 𝐼𝑑𝑒𝑜𝑛𝑒𝑙𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑘𝑎𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖𝑠 galėtų būti gera kandidatė šiam darbui. Mokslininkai nustatė, kad ji evoliucionuoja taip, kad maistui naudotų tam tikros rūšies plastiką. 𝐼𝑑𝑒𝑜𝑛𝑒𝑙𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑘𝑎𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖𝑠renkasi PET plastiką, kuris naudojamas vandens buteliukams ir maisto pakuotėms gaminti.

𝐼𝑑𝑒𝑜𝑛𝑒𝑙𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑘𝑎𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖𝑠 išsiskiria tuo, kad gali nutraukti monomerų ryšius. Ji tai daro, naudodama fermentus, kurie pagreitina chemines reakcijas plastike. 𝐼𝑑𝑒𝑜𝑛𝑒𝑙𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑘𝑎𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖𝑠 gamina fermentą, vadinamą PET hidrolizės fermentu (arba PETaze). Jis nutraukia polimero ryšius, kad susidarytų monomerai. Tuomet jis absorbuoja monomerus, kad panaudotų juos energijai gauti, panašiai kaip žmonės virškindami maistą.

Bakterijų virškinimo fermentai skaido dideles molekules į mažesnes. Bakterija pasiima tai, ko jai reikia, o likusių atsikrato.

Nustačius potencialius šiukšlininkus ir galbūt juos „apmokius“ kovoti su plastiku, ateis laikas bendradarbiauti su inžinieriais, chemikais ir okeanografais, kurie šiuos rezultatus galės panaudoti realiuose sprendimuose, skirtuose valyti vandenynus ir sausumą.

republic.ru