Переработка пластиковых отходов различными видами живых организмов

На развитие природных экосистем значительное влияние оказывает антропогенный фактор. Любые поллютанты, попадающие в природную среду, вызывают неблагоприятные трансформации ее структуры и внешнего вида. Загрязнение окружающей среды представляет собой глобальную проблему современности, о которой написано большое количество научных работ и книг, проведены многочисленные исследования. По характеру факторов возникновения антропогенное загрязнение подразделяется:

– биологическое (биогенное, микробиологическое, генетическое);

– химическое (тяжелые металлы, пестициды, пластмассы и др. химические вещества);

– физическое (тепловое, шумовое, электромагнитное, световое, радиоактивное).

Одной из настоящих эпидемий XXI века стала проблема пластикового загрязнения. Пластмассы представляют собой органические материалы, в основе которых имеются высокомолекулярные соединения (полимеры) синтетического или природного происхождения. В зависимости от числа компонентов все пластмассы подразделяются на простые и композиционные. Простые (полиэтилен, полистирол и т.д.) состоят из одного компонента синтетической смолы; композиционные (фенопласты, аминопласты и др.) из нескольких составляющих, каждая из которых выполняет определенную функциональную роль. В композиционных пластмассах смола является связующим звеном для других составляющих. Свойства связующего во многом определяют физико-механические и технологические свойства пластмассы. Помимо связующего в состав композиционных пластмасс входят добавки - наполнители (для повышения механической прочности, теплостойкости и т.д.), пластификаторы (увеличивающие эластичность, текучесть, гибкость), красители, отвердители, катализаторы и т.д.

Пластиковое загрязнение включает в себя накопление пластмассовых изделий в окружающей среде, которые оказывают неблагоприятное воздействие на дикую природу, среду обитания животных или людей. Пластмассовые изделия являются недорогими и долговечными, благодаря чему их можно найти практически повсюду. В большей степени пластиковая тара используется в пищевой промышленности, в эту отрасль направляется более 50% всего объёма полимерной тары, 25% пластиковой продукции применяется в химической промышленности, что легко объясняется её свойствами прочности и устойчивости к химическим реакциям, остальные 25% равномерно распределяются по остальным отраслям, включая лакокрасочную, строительную и другие [1].

Донедавнего времени не было известно ни одного микроорганизма, который могбы деградировать пластмассы или использовать их для поддержания своего роста. Ситуация изменилась в 2007 году: немецкие ученые выяснили, что нитчатые грибыFusariumoxysporumиF. solani могут расти на минеральной среде, содержащей нити полиэтилентерефталата. ПЭТ, обработанный ферментом изF. oxysporum, показал значительно более высокий рост гидрофильности по сравнению с полиэтилентерефталатом, обработанным ферментом изF. solani. Статья о проведенных исследованиях была опубликована в журнале «Biotechnologyjournal» [2].

В 2011 году группа биохимиков из Йельского университета, тестируя разнообразные организмы-эндофиты на предмет биологической активности, обнаружила, что обитающий в тропических джунглях Эквадора эндофитный гриб Pestalotiopsismicrospora способен питаться, переваривая полиуретановые пластмассы[3]. Было установлено, что P. microspora разлагает не только твердые пластиковые изделия, но и жидкие, а также различные синтетические волокна, находящиеся в одежде. При этом способность к разложению пластика сохраняется как в кислородной, так и бескислородной среде. Йельские биохимики смогли выделить вырабатываемый P. microspora фермент из класса серин-гидролаз, с помощью которого данный вид грибов и способен разлагать полиуретан.

Учеными из Китая и Кении было обнаружено, что способностью к разложению пластмассы обладает также плесневый гриб Aspergillustubingensis.

Биологи из Кембриджа и Института биомедицины и биотехнологии Кантабрии обнаружили, что полиэтилен могут разлагать и личинки восковой молиGalleriamellonella. Открытие было сделано ФедерикойБерточчини, одним из соавторов статьи, во время чистки ульев от гусениц моли. Она складывала их в пластиковую сумку - и через какое-то время вся сумка была изрешечена дырами. Тогда ученые решили уже в лабораторных условиях исследовать, каким образом данный вид личинок разрушает пластик. Они установили, что сто гусениц большой восковой моли за 12 часов уничтожают 92 мг полиэтилена. Был произведен анализ работы пищеварения большой восковой моли во время переработки пластика. Спектроскопический анализ показал, что в выделениях личинок не содержится микропластика, как, например, у платяной моли, наевшейся синтетики. Установлено, что расщепляя полиэтилен, гусеницыG. mellonellaпревращают его в этиленгликоль [4].

Еще раньше группа ученых изКитая и Америки выяснила, что гусеницы мучных хрущаков ( Tenebriomolitor ) способны перерабатывать такую распространенную форму пластика, как пенопласт. Исследователи заключали в стеклянных колбах по 40 личинок и 6 грамм пенопласта на две недели и измеряли в них уровень CO 2 . Было выяснено, что за это время личинки съедают около четверти пенопласта. Из съеденной массы почти 48 % было преобразовано в углекислый газ, 49 % – выделено. Остальная масса была преобразована в энергию и массу тела личинок. Исследование их выделений показало, что в процессе переваривания пенопласт деградировал.

Покормив личинок антибиотиками, учёные выяснили, что пенопласт перестал перевариваться, т.е. за его переработку отвечают бактерии, живущие внутри мучных червей. Ученые выделили из червей 13 культур бактерий и попробовали вырастить их на подкормке из пенопласта, и наилучших успехов добилисьс бактериями Exiguobacterium.

Японские исследователи из Киотского института технологии и Университета Кэйо, занимающиеся проблемой загрязнения окружающей среды пластиковыми отходами, выделили новый вид бактерий, способных разлагать полиэтилентерефталат – этот термопластик применяется в основном для изготовления пластиковых бутылок. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Science». Авторы работы взяли на заводе по переработке пластиковых бутылок 250 проб почвы, сточных вод и активного ила, загрязненных ПЭТ, и провели отбор микроорганизмов, растущих на ПЭТ-пленке. Лишь в одной пробе оказался микробный консорциум, который индуцировал морфологические изменения     пленки.     Новый     вид     бактерий     получил названиеIdeonellasakaiensis201-F6 – грамотрицательная аэробная бета- протеобактерия.     Ученые    установили,    что    при    росте

• I . Sakaiensis полиэтилентерефталатная пленка сильно повреждается и через шесть недель при 30°С практически исчезает.