В этот самый момент почти все вокруг вас съедается. Невидимые невооруженным глазом организмы, называемые микробами, кишат на каждой поверхности. Орды бактерий, архей и грибов эволюционировали, чтобы производить мощные ферменты, расщепляющие твердый органический материал на легкоусвояемые питательные вещества.
Но есть один особенно широко распространенный тип материала, который практически не поддается биологическому разложению микробами: пластик. Для изготовления большинства пластмасс молекулы нефти, газа и угля очищаются и превращаются в длинные повторяющиеся цепи, называемые полимерами. Этот процесс часто требует температур выше 100°C, невероятно высокого давления и различных химических модификаций. Полученные искусственные полимеры сильно отличаются от полимеров, встречающихся в природе. А поскольку они существуют только с 1950-х годов, у большинства микробов не было времени выработать ферменты для их переваривания. Еще больше усложняет ситуацию то, что для разрушения химических связей большинства пластиков требуются высокие температуры. сопоставимы с теми, которые использовались для их создания, и такое тепло смертельно для большинства микробов.
Это означает, что большинство пластиков никогда не разлагаются биологически — они просто превращаются в бесчисленные крошечные неперевариваемые кусочки. А куски самых распространенных пластиков, таких как полиэтилен, полипропилен и полиэфиртерефталат, накапливались десятилетиями.
Каждый год человечество производит примерно на 400 миллионов тонн пластика больше, 80% которого выбрасывается как мусор. Из этих пластиковых отходов перерабатывается только 10%. 60% сжигается или попадает на свалки, а 30% просачивается в окружающую среду, где веками будет загрязнять естественные экосистемы. По оценкам, ежегодно в океан попадает около 10 миллионов тонн пластиковых отходов, в основном в виде фрагментов микропластика, которые загрязняют пищевую цепь.
К счастью, есть микробы, которые могут справиться с этой растущей проблемой. В 2016 году группа японских исследователей, взяв пробы осадка на заводе по переработке пластиковых бутылок, обнаружила Ideonella sakaiensis 201-F6. Эта ранее не идентифицированная бактерия содержала два фермента, способных медленно разрушать ПЭТ-полимеры при относительно низких температурах. Исследователи выделили гены, кодирующие эти ферменты, переваривающие пластик, что позволило другим биоинженерам объединить и улучшить пару, создав суперферменты, которые могут расщеплять ПЭТ в 6 раз быстрее.
Даже с таким ускорением этим выращенным в лаборатории ферментам по-прежнему требовалось несколько недель, чтобы разложить тонкую пленку ПЭТФ, и они лучше всего работали при температурах ниже 40°C. Однако другая группа ученых в Японии исследовала бактериальные ферменты, приспособленные к среде с высокой температурой, такой как компостные кучи. И в одной особенно теплой куче гниющих листьев и ветвей они обнаружили последовательности генов для мощных разлагающих ферментов, известных как компостные кутиназы ветвей листьев. Используя быстрорастущие микроорганизмы, другие исследователи смогли генетически сконструировать большое количество этих ферментов. Затем они усовершенствовали и отобрали специальные варианты кутиназ. который может разлагать ПЭТ-пластик в условиях окружающей среды, достигающей 70°C — высокой температуры, которая может ослабить ПЭТ-полимеры и сделать их усваиваемыми.
С помощью этих и других крошечных приверженцев будущее переработки ПЭТ выглядит многообещающе. Но ПЭТ — это всего лишь один из видов пластика. Нам все еще нужны способы биологической деградации всех других типов, в том числе распространенных PE и PP, которые начинают разрушаться только при температурах значительно выше 130°C. Исследователи в настоящее время не знают каких-либо микробов или ферментов, достаточно стойких, чтобы выдерживать такие температуры. Поэтому на данный момент основной способ обращения с этими пластиками — это энергоемкие физические и химические процессы.
Сегодня только небольшая часть пластиковых отходов может быть биологически разложена микробами. Исследователи ищут более термоустойчивых пластоядных в самых неблагоприятных условиях планеты и разрабатывают в лаборатории более совершенные пластоядные ферменты.
Но мы не можем полагаться только на этих крошечных помощников, чтобы убрать наш огромный беспорядок. Нам нужно полностью переосмыслить наше отношение к пластику, лучше использовать существующий пластик и прекратить производить больше одного и того же. И нам срочно нужно разработать более экологически безопасные типы полимеров, которые наша растущая свита пластоядных может легко разрушить.
