Ксенобіотик - це речовина, яка є чужорідною для екосистем. Фактично, це така речовина, яка не синтезується живими організмами, і, у більшості випадків, не може ними утилізуватися. За визначенням, пластикові відходи є ксенобіотиками у чистому вигляді, але чи справді їхня біогенна утилізація неможлива? Чи, може, деякі організми змогли зайняти нову екологічну нішу, трохи адаптувати свої ферментні системи до нових речовин та почати утилізувати “гори” антропогенного впливу”? Спойлер: так, змогли.

Пластикова термінологія

Так, вам не почулося - деякі види мікроорганізмів здатні своїми ферментами розщеплювати хімічні зв’язки термопластичних полімерів. Перш ніж знайомитися з героями 21 століття, давайте розберемося у видах пластику. Їх дуже багато, але ми зупинимося на тих, що здобули широку популярність у повсякденному житті. Пластмаси можна розділити на 3 групи: термопласти, еластомери та дюропласти. Еластомери мають високу еластичність за різних температур (гума, каучуки), у той час як дюропласти, навпаки, не чутливі до теплового впливу (наприклад, поліуретан). Найбільш поширеними є, звісно, термопласти: ці матеріали дещо схожі на пластилін. Коли його тримаєш у теплих руках, то він стає м’яким та легко піддається деформації, а коли застигає - стає більш твердим. Проте його можна знову у будь-який момент зігріти та сформувати нову фігуру. Такий самий принцип діє й з термопластичними полімерами: у своїй структурі вони мають внутрішньомолекулярні хімічні зв’язки, які під дією високих температур слабшають (пластик стає рідким); в залежності від технології цій рідині надають певну форму (наприклад, виготовляють пакети шляхом екструзії, тобто “витягування”), охолоджуючи її. До термопластів відносять поліетилен та його різновиди (поліетилен низької та високої щільності - HDPE та LDPE відповідно), поліетилен терефталат, поліпропілен, полістирол, полівінілхлорид, тощо.

Хімічна основа

Почнемо з поліетилену: це полімер класу олефінів - тобто він отримується шляхом полімеризації етилену у присутності каталізатору (в залежності від виду поліетилену, але це вже зовсім інша історія). Поліетилен терефталат - це поліефір, отриманий шляхом конденсації терефталевої кислоти та етиленгліколю. Поліпропілен (як ви вже могли здогадатися) - продукт полімеризації пропілену, полістирол - полімеризації стирену (або вінілбензену), полівінілхлорид - полімеризації хлорвінілу (хлороетену).

У пошуках пластику

Пропоную зробити уявну “пластикову експедицію” та, нарешті, вивчити ворогів більш детально. У пошуках поліетилену низької щільності придивіться на “одноразові” прозорі пакети, а для пошуку поліетилену високої щільності - на брендовані непрозорі пакети. З поліетилен терефталату (PET) часто виготовляють пляшки для напоїв, з поліпропілену (РР) - пакувальні плівки, з полістиролу (PS) виходить чудовий пінопласт, а з полівінілхлориду (PVC) - труби та лінолеум.

Знайомтеся з героями

З усіх усюд природних екосистем вчені виділили ряд організмів, які здатні перетравлювати пластик (звісно, це бактерії та гриби). Наразі такою здатністю можуть похвалитися деякі бактерії з роду Thermobifida, Thermomonospora, Ideonella, Arthrobacter, Pseudomonas, тощо.

Деградація поліетилен терефталату

Що буде, якщо “згодувати” пластикову пляшку з-під води Ideonella sakaiensis? По-перше, ПЕТ перетвориться на моно-(2-гідроксиетил) терефталат через дію ПЕТ-ази (фермент, який гідролізує зв’язки у молекулі ПЕТ). По-друге, фермент МГЕТ-аза гідролізує моно-(2-гідроксиетил) терефталат до терефталевої кислоти та етилен гліколю. Подібним чином розкладати ПЕТ вміють бактерії Thermobifida alba, Thermobifida fusca, Thermomonospora curvata.

Але поки зарано радіти

На жаль, поліпропілен, так само як і полівінілхлорид дуже погано розкладається ферментами мікроорганізмів. Звісно, є дослідження, результати яких говорять про те, що це не так, адже маса полімеру після експерименту стала меншою. Але хто казав про те, що бактерії розклали саме полімер, а не додаткові компоненти, що були у його складі? Тому деякі дослідники вважають, що ферменти, які здатні руйнувати ці полімери, ще не знайдені. Проте, на полістирол поки що є надії - згадайте часи, коли Tenebrio molitor (він же борошняний хрущак) став надією на спасіння людства від пластикової катастрофи. Навіть якщо це так, то дякувати будемо не йому, а бактеріям у його кишківнику. Так-так, усім знову заправляють бактерії.

Хто харчується поліетиленом?

Якщо коротко: претендентів багато. Чому? Тому що у порівнянні з іншими молекулами молекула поліетилену - це занадто проста їжа. Потенційними консьюмерами можуть бути бактерії з роду Pseudomonas, Ralstonia, Staphylococcus, Bacillus, тощо. У 2017 році увесь світ облетіла новина про личинки воскової молі, які з’їли достатньо поліетиленових пакетів, аби стати відомими. Але що відбувається з самим поліетиленом поки знає тільки сам поліетилен. Тому, поки люди радіють дірочкам, які зробили комахи, науковці без перестану шукають біохімічні основи цього процесу.

Кінець пластиковому нашестю?

Зараз складно дати однозначну відповідь. Те, що організми-деструктори знайдені - факт. Проте, до розуміння хімічних основ цього процесу і його комерціалізації (або його масштабізації) ще далеко. А поки ми слідкуємо за останніми дослідженнями та мріємо про створення у світі заводу з мікробної переробки пластику.

Пластикові війни