Microbi descoperiți în Alpi și Arctic care pot degrada plasticul la temperaturi scăzute
Biodegradarea plasticului la temperaturi scăzute poate economisi bani și energie.
Cercetătorii au descoperit tulpini microbiene la altitudini mari din Alpi și în regiunile polare care pot descompune plasticele biodegradabile la temperaturi de până la 15°C (59°F). Acești microbi, găsiți în plastisfera solurilor alpine și arctice, ar putea oferi o abordare mai rentabilă și mai ecologică pentru reciclarea plasticului. Echipa de cercetare a studiat 19 tulpini de bacterii și 15 de ciuperci și a descoperit că un număr semnificativ dintre acestea ar putea degrada anumite tipuri de materiale plastice. Cele mai de succes tulpini au fost două specii de ciuperci necaracterizate. Următorul pas va fi identificarea enzimelor specifice care permit degradarea plasticului și optimizarea producției și stabilității acestora.
Găsirea, cultivarea și bioingineria organismelor care pot digera plasticul nu numai că ajută la eliminarea poluării, dar este acum și o afacere mare. Au fost deja găsite mai multe microorganisme care pot face acest lucru, dar atunci când enzimele lor care fac acest lucru posibil sunt aplicate la scară industrială, ele funcționează de obicei doar la temperaturi de peste 30°C (86°F). Încălzirea necesară înseamnă că aplicațiile industriale rămân costisitoare până în prezent și nu sunt neutre din punct de vedere al carbonului. Dar există o posibilă soluție la această problemă: găsirea unor microbi speciali adaptați la frig ale căror enzime funcționează la temperaturi mai scăzute.
Oamenii de știință de la Institutul Federal Elvețian WSL știau unde să caute astfel de microorganisme: la altitudini mari în Alpii țării lor sau în regiunile polare. Descoperirile lor sunt publicate în revista Frontiers in Microbiology.
„Aici arătăm că taxoni microbieni noi obținuți din „plastisfera” solurilor alpine și arctice au fost capabili să descompună plasticele biodegradabile la 15°C”, a spus primul autor, dr. Joel Rüthi, în prezent om de știință invitat la WSL. „Aceste organisme ar putea ajuta la reducerea costurilor și a sarcinii de mediu a unui proces de reciclare enzimatică a plasticului.”
Rüthi și colegii săi au eșantionat 19 tulpini de bacterii și 15 de ciuperci care cresc pe plastic liber sau îngropat în mod intenționat (ținut în pământ timp de un an) în Groenlanda, Svalbard și Elveția. Cea mai mare parte a gunoiului de plastic din Svalbard a fost colectat în timpul Proiectului Arctic elvețian din 2018, unde studenții au lucrat pe teren pentru a asista la efectele schimbărilor climatice din prima mână. Solul din Elveția fusese adunat pe vârful Muot da Barba Peider (2.979 m) și în valea Val Lavirun, ambele în cantonul Graubünden.
Oamenii de știință au lăsat microbii izolați să crească ca culturi cu o singură tulpină în laborator în întuneric și la 15°C și au folosit tehnici moleculare pentru a le identifica. Rezultatele au arătat că tulpinile bacteriene aparțineau la 13 genuri din fila Actinobacteria și Proteobacteria, iar ciupercile la 10 genuri din fila Ascomycota și Mucoromycota.
Rezultate surprinzătoare
Apoi au folosit o suită de teste pentru a verifica fiecare tulpină pentru capacitatea sa de a digera probe sterile de polietilenă nebiodegradabilă (PE) și poliester-poliuretan biodegradabil (PUR), precum și două amestecuri biodegradabile disponibile comercial de tereftalat de polibutilenă adipat (PBAT) și acid polilactic (PLA).
Niciuna dintre tulpini nu a reușit să digere PE, chiar și după 126 de zile de incubare pe aceste materiale plastice. Dar 19 (56%) dintre tulpini, inclusiv 11 ciuperci și opt bacterii, au reușit să digere PUR la 15 ° C, în timp ce 14 ciuperci și trei bacterii au reușit să digere amestecurile de plastic de PBAT și PLA. Rezonanța magnetică nucleară (RMN) și un test bazat pe fluorescență au confirmat că aceste tulpini au fost capabile să descompună polimerii PBAT și PLA în molecule mai mici.
„A fost foarte surprinzător pentru noi că am descoperit că o mare parte din tulpinile testate au putut să degradeze cel puțin unul dintre materialele plastice testate”, a spus Rüthi.
Cele mai performante au fost două specii de ciuperci necaracterizate din genurile Neodevriesia și Lachnellula: acestea au putut digera toate materialele plastice testate, cu excepția PE. Rezultatele au arătat, de asemenea, că capacitatea de a digera plasticul depindea de mediul de cultură pentru majoritatea tulpinilor, fiecare tulpină reacționând diferit la fiecare dintre cele patru medii testate.
Efectul secundar al capacității de a digera polimerii vegetali
Cum a evoluat capacitatea de a digera plasticul? Deoarece plasticul există doar din anii 1950, capacitatea de a degrada plasticul aproape sigur nu a fost o trăsătură vizată inițial de selecția naturală.
„S-a demonstrat că microbii produc o mare varietate de enzime degradante de polimeri implicate în descompunerea pereților celulelor plantelor. În special, ciupercile patogene ale plantelor sunt adesea raportate că biodegradează poliesterii, din cauza capacității lor de a produce cutinaze care vizează polimerii plastici datorită asemănării lor cu polimerul vegetal cutina”, a explicat ultimul autor Dr. Beat Frey, om de știință principal și lider de grup la WSL. .
Provocările rămân
Din moment ce Rüthi et al. testate doar pentru digestie la 15°C, ei nu cunosc încă temperatura optimă la care funcționează enzimele tulpinilor de succes.
„Dar știm că majoritatea tulpinilor testate pot crește bine între 4°C și 20°C, cu un optim la aproximativ 15°C”, a spus Frey.
„Următoarea mare provocare va fi identificarea enzimelor care degradează plasticul produse de tulpinile microbiene și optimizarea procesului pentru a obține cantități mari de proteine. În plus, ar putea fi necesară modificarea suplimentară a enzimelor pentru a optimiza proprietăți precum stabilitatea proteinelor.”
Sursa scitechdaily.com