Познакомьтесь с микробами, которые могут съесть ваш мусор

The smallest solution to one of our biggest problems - Tierney Thys & Christian Sardet • Познакомьтесь с микробами, которые могут съесть ваш мусор play thumbnailUrl Познакомьтесь с микробами, которые могут съесть ваш мусор
Explore the possibility of plastivores— organisms that can eat and break down plastic— helping reduce the plastic waste on Earth. -- Each year humanity produces roughly 400 million tons of plastic, 80% of which is discarded as trash. Of that plastic…Познакомьтесь с микробами, которые могут съесть ваш мусор - 3861236
PT5M
True
2022-07-08T14:45:43+03:00
embedUrl



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.

Познакомьтесь с микробами, которые могут съесть ваш мусор

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.

Познакомьтесь с микробами, которые могут съесть ваш мусор

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.

Познакомьтесь с микробами, которые могут съесть ваш мусор

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.

Познакомьтесь с микробами, которые могут съесть ваш мусор

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.

Познакомьтесь с микробами, которые могут съесть ваш мусор

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.

Познакомьтесь с микробами, которые могут съесть ваш мусор

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.

Познакомьтесь с микробами, которые могут съесть ваш мусор

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.

Познакомьтесь с микробами, которые могут съесть ваш мусор

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.


Рхианна

Микробы играют ключевую роль в высвобождении «вечных химикатов» из переработанных отходов удобрений

Исследователи из Инженерного колледжа Университета Дрекселя обнаружили, что микробы играют важную роль в высвобождении пер- и полифторалкильных веществ (PFAS) в окружающую среду. Эти химические вещества, также известные как «вечные химикаты», связаны с серьезными проблемами со здоровьем и могут быть обнаружены в воде, почве, сельскохозяйственных культурах и животных. Команда обнаружила, что PFAS могут выщелачиваться из удобрений, изготовленных из переработанных отходов, при помощи микробного разложения. Это может помочь объяснить, как PFAS накапливается в почве, сельскохозяйственных культурах и грунтовых водах на сельскохозяйственных угодьях по всей стране.

Микробы играют ключевую роль в высвобождении «вечных химикатов» из переработанных отходов удобрений

По данным Агентства по охране окружающей среды (EPA), около половины всех канализационных отходов в США, примерно 4,5 миллиона метрических тонн, обрабатывается и превращается в осадок, называемый биотвердыми отходами. Примерно половина этих отходов проходит дальнейшую обработку для удаления биологических и химических загрязнений и превращается в удобрение. В течение последних 50 лет это удобрение использовалось по всей стране на сельскохозяйственных угодьях, в жилых садах и ландшафтном дизайне.

Микробы играют ключевую роль в высвобождении «вечных химикатов» из переработанных отходов удобрений

Однако исследования, проведенные в прошлом году, вызвали обеспокоенность по поводу такого широкого использования, когда выяснилось, что PFAS могут сохраняться в биотвердом удобрении, несмотря на процесс очистки. Учитывая роль, которую играют микробы в разложении органических соединений, исследователи изучили, как микробное выветривание этих органических соединений может повлиять на потенциал вымывания PFAS из биотвердых удобрений с течением времени. Команда собрала образцы биотвердых отходов, прошедших один из трех типов обработки – аэробное сбраживание, анаэробное сбраживание или компостирование – на предприятиях по переработке и повторному использованию сточных вод. Содержимое каждого образца было протестировано для определения исходного уровня органических веществ, белков и липидов, а также концентрации PFAS в этих различных типах биомусора. Затем эти образцы были помещены в камеру с регулируемыми условиями окружающей среды на три месяца для поиска индикаторов микробной активности, особенно разложения органики, липидов и белков, а также для определения того, как эта микробная активность влияет на количество ПФАС, выделяющихся из биомусора в воду.

Микробы играют ключевую роль в высвобождении «вечных химикатов» из переработанных отходов удобрений

Исследователи обнаружили, что образцы с самым высоким уровнем микробной активности также продемонстрировали самый высокий уровень связывания PFAS, что указывает на то, что этот биотвердый осадок более восприимчив к вымыванию PFAS. Результаты продемонстрировали повышение уровня расщепления PFAS в течение трех месяцев, особенно в первые десять дней эксперимента, что, вероятно, связано с тем, что микробы расщепляют белки и липиды в биотвердом осадке, что позволяет PFAS распространяться, или расщепляться, при прохождении воды.

Микробы играют ключевую роль в высвобождении «вечных химикатов» из переработанных отходов удобрений

Команда отметила, что полученные результаты, вероятно, указывают на участие микробов в процессе вымывания PFAS из биоотходов после их внесения в почву. Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить, как они переносятся через почву в поверхностные воды, такие как реки и озера, грунтовые воды, и как они биоаккумулируются в сельскохозяйственных культурах и животных, которые могут пастись в местах применения биозолота. Скорость выветривания биосолидов в природе может значительно отличаться от их лабораторных исследований, учитывая роль, которую играют осадки, солнечное излучение и физические нарушения, влияющие на выветривание почвы на открытом воздухе.

«Эта работа предоставляет доказательства того, что процессы микробного выветривания, которые приводят к деградации органических веществ и биополимеров – на что указывает активность липазы, протеазы и скорость потребления кислорода, а также изменения в содержании липидов, белков и органических веществ – могут влиять на разделение PFAS и увеличивать потенциал выщелачивания в биотвердых веществах», – пишут авторы.

Микробы играют ключевую роль в высвобождении «вечных химикатов» из переработанных отходов удобрений

Команда утверждает, что для того, чтобы такие агентства, как EPA, могли предоставить точные рекомендации по риску PFAS и приемлемым уровням загрязнения, понимание пути «вечных химикатов» является критически важной информацией. «Поскольку в настоящее время невозможно устранить PFAS из окружающей среды, важно понять все, что мы можем, о том, как они способны сохраняться и накапливаться в природе», – сказал соавтор исследования.



Интересное в разделе «Чистим, моем, убираем...»

Постные блюда

Новое