Plastik stał się jednym z największych wyzwań środowiskowych współczesnego świata. Wiele tworzyw sztucznych rozkłada się niezwykle powoli, przez co przez dziesięciolecia gromadzą się w środowisku, rozdrabniając się na mikroplastik i nanoplastik. Naukowcy od dawna poszukują sposobów, które pozwoliłyby przyspieszyć ten proces. Nowe badanie zespołu z Niemiec pokazuje, że pomoc mogą zaoferować mikroorganizmy glebowe.
Odkryty enzym otrzymał nieoficjalną nazwę Pac-Man i nie ma się co temu dziwić – chodzi o charakterystyczną budowę centrum aktywnego, czyli miejsca, w którym zachodzą reakcje chemiczne. Wyniki badań w tej sprawie znalazły się w The ISME Journal. Autorzy publikacji chcieli ustalić, czy społeczności mikroorganizmów mogą całkowicie rozkładać określone poliestry alifatyczne o długich łańcuchach, określane skrótem LCAP. Materiały te powstały jako rodzaj bioplastiku.
Naukowcy umieścili niewielkie fragmenty folii w warstwie próchnicznej gleby w ogrodzie botanicznym uniwersytetu, na głębokości około 10 centymetrów. Próbki pozostawili tam na rok. Równolegle prowadzili eksperymenty laboratoryjne, podczas których monitorowali między innymi wydzielanie dwutlenku węgla, pozwalające śledzić aktywność mikroorganizmów rozkładających badane materiały.
Po wyjęciu folii z gleby badacze zauważyli pod mikroskopem elektronowym liczne mikroskopijne otwory. Ich rozmiary i kształty odpowiadały komórkom bakterii. To pozwalało sądzić, że mikroorganizmy mogły stopniowo przedostawać się w głąb tworzywa, rozkładając je przy użyciu enzymów obecnych na powierzchni komórek. W eksperymentach laboratoryjnych badane bioplastiki uległy całkowitemu rozkładowi w ciągu około 250-330 dni. Dla porównania, celuloza rozkładała się w około 80 dni. Zupełnie inaczej zachował się tradycyjny polietylen o dużej gęstości, ponieważ jego rozkład był praktycznie niezauważalny.
Aby ustalić, co odpowiada za rozkład bioplastiku, uczeni przeanalizowali materiał genetyczny mikroorganizmów obecnych w glebie. Znaleźli gen, którego aktywność była szczególnie wyraźna w próbkach zawierających LCAP. Kodował on enzym z grupy esteraz, zdolny do rozcinania wiązań chemicznych w określonych poliestrach. W testach laboratoryjnych enzym rozkładał badane poliestry na monomery, czyli mniejsze cząsteczki stanowiące ich podstawowe elementy budulcowe. To ważna właściwość z punktu widzenia przyszłych metod odzyskiwania surowców z tworzyw sztucznych.
Czytaj też: Najnowsza obserwacja wywraca nadprzewodnictwo do góry nogami. Fizycy zobaczyli ducha
Zaskoczeniem okazała się jednak druga funkcja enzymu. Badacze wykazali, że potrafi on również rozcinać pierścień beta-laktamowy obecny w penicylinie. Podobny mechanizm wykorzystują niektóre beta-laktamazy, czyli enzymy bakteryjne mogące unieszkodliwiać określone antybiotyki. Odkrycie ujawnia zatem możliwy związek między zdolnością mikroorganizmów do wykorzystywania tworzyw sztucznych a mechanizmami związanymi z opornością na antybiotyki. Nie oznacza jednak, że sam enzym automatycznie powoduje lekooporność w każdym przypadku ani że wykazano już taki efekt u ludzi.
Źródło: The ISME Journal
