Mikroorganizmy uratują świat od morza plastiku? Szwajcarscy naukowcy twierdzą, że jest taka możliwość. Oto, co odkryli badacze

Rozwiązaniem problemu plastiku mogłoby być odkrycie przystosowanych do zimna drobnoustrojów, których enzymy działają ma tworzywa sztuczne, także w niższych temperaturach.

Pracujący w Szwajcarskim Instytucie Federalnym WSL dr Joel Rüthi i jego współpracownicy szukali wspomnianych mikroorganizmów w górnych partiach Alp oraz w regionach polarnych. Pobrali próbki 19 szczepów bakterii i 15 grzybów, które pojawiły się na Grenlandii, Svalbardzie i w Szwajcarii - na swobodnie leżącym lub celowo zakopanym w ziemi na rok plastiku. Próbki ze Szwajcarii zostały zebrane na szczycie Muot da Barba Peider (2979 m n.p.m.) oraz w dolinie Val Lavirun, w obu przypadkach w kantonie Graubünden.

W laboratorium naukowcy pozwolili wyizolowanym drobnoustrojom rosnąć jako kulturom pojedynczego szczepu w ciemności, w temperaturze 15 st. C, a następnie wykorzystali techniki molekularne do ich identyfikacji. Jak się okazało, szczepy bakterii należały do 13 rodzajów z gromad Actinobacteria i Proteobacteria, a grzybów do 10 rodzajów w gromadach Ascomycota i Mucoromycota.

Następnie wykorzystano zestaw testów do sprawdzenia każdego szczepu pod kątem jego zdolności do trawienia sterylnych próbek nieulegającego biodegradacji polietylenu (PE) i biodegradowalnego poliestru - poliuretanu (PUR), a także dwóch dostępnych na rynku biodegradowalnych mieszanin: politereftalanu adypinianu butylenu (PBAT) i polimeru kwasu mlekowego (PLA).

- Pokazujemy, że nowe taksony drobnoustrojów uzyskane z „plastysfery” gleb alpejskich i arktycznych były w stanie rozkładać biodegradowalne tworzywa sztuczne w temperaturze 15 st. C. Odkrycie, że duża część badanych szczepów była zdolna do degradacji co najmniej jednego z badanych tworzyw sztucznych, było dla nas bardzo zaskakujące — powiedział dr Rüthi.

Żaden ze szczepów nie był w stanie strawić polietylenu, nawet po 126 dniach inkubacji na tych tworzywach, ale 19 szczepów (56 proc.), w tym 11 grzybów i 8 bakterii, potrafiło strawić PUR w temperaturze 15 st. C, zaś 14 grzybów i 3 bakterie były w stanie rozłożyć mieszaniny PBAT i PLA. Magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) i test oparty na fluorescencji potwierdziły, że te szczepy były w stanie rozdrobnić polimery PBAT i PLA na mniejsze cząsteczki.

Najlepiej radziły sobie dwa niescharakteryzowane gatunki grzybów z rodzajów Neodevriesia i Lachnellula. Mogły one strawić wszystkie badane tworzywa sztuczne, z wyjątkiem PE. Ponadto okazało się, że dla większości szczepów zdolność do trawienia tworzyw sztucznych zależała od pożywki – każdy szczep reagował inaczej zależnie od zastosowania jednej z czterech użytych pożywek.

- Wykazano, że drobnoustroje wytwarzają szeroką gamę degradujących polimery enzymów zaangażowanych w rozkład ścian komórkowych roślin. W szczególności grzyby chorobotwórcze dla roślin często biodegradują poliestry ze względu na ich zdolność do wytwarzania kutynaz, ponieważ tworzywa te są podobne do polimeru roślinnego kutyny – wyjaśnił dr Beat Frey z WSL.

Ponieważ dr Rüthi i jego zespół prowadzili testy tylko w temperaturze 15 st. C, nie znają jeszcze optymalnej temperatury działania enzymów dla poszczególnych szczepów.

- Wiemy jednak, że większość testowanych szczepów może dobrze rosnąć w temperaturze od 4 st. C do 20 st. C, z optymalną temperaturą około 15 st. C – powiedział Frey. - Kolejnym dużym wyzwaniem będzie identyfikacja enzymów rozkładających tworzywa sztuczne wytwarzanych przez szczepy drobnoustrojów i optymalizacja procesu w celu uzyskania dużych ilości białek. Ponadto może być potrzebna dalsza modyfikacja enzymów w celu optymalizacji właściwości takich jak stabilność białek.