К 2050 году объем пластикового мусора в окружающей среде может достичь 11 миллиардов метрических тонн. В естественных условиях пластик может разлагаться на протяжении десятилетий и все равно не распасться до конца. При этом различные методы утилизации пластика, например, его сжигание, сами по себе зачастую вредны для окружающей среды или же весьма затратны. Способ утилизации путем скармливания пластиковых отходов специально выведенному виду мучных червей, который еще недавно преподносился как решение проблемы, также оказался неэффективным. Впрочем, ученые обнаружили, что природные механизмы могут помочь в утилизации пластика: ферменты, найденные на свалках всего мира, оказались способны разлагать пластик.
Международная группа ученых под руководством доктора Лиянь Сон изучила биокаталитические ферменты, которые содержатся в отходах, фильтратах, осадках и даже в воздухе свалок. В ходе исследования ученые собрали образцы со свалок мусора Китая, Италии, Канады, Великобритании, Ямайки и Индии, после чего проанализировали их при помощи передовых методов метагеномики и машинного обучения. В частности, анализ с с использованием модели CLEAN (Contrastive Learning-Enabled Enzyme Annotation) позволил выявить 31 989 потенциальных ферментов, способных разрушать пластик.
На следующем этапе исследования ученые провели реконструкцию трехмерной структуры 712 белков, определив их каталитическую активность и выявив конкретные микробы, в организмах которых эти ферменты функционируют. Полученные результаты указывают на широкие возможности таких ферментов, однако авторы подчеркивают, что для подтверждения их функций и оценки реальных перспектив использования в борьбе с пластиковыми отходами понадобятся дополнительные исследования.
Свалки представляют собой особые экосистемы, в которых бактерии эволюционируют в условиях обилия пластика. В процессе столь специфической эволюции появляются микробные сообщества, приспособленные к утилизации именно полимерных соединений. По словам авторов исследования, если удастся внедрить эффективные биологические методы разложения пластика, он прекратит быть «вечной» экологической проблемой.
Потенциальные применения обнаруженных учеными ферментов выходят за рамки традиционной утилизации мусора. В будущем их можно будет использовать в биотехнологиях для экологически безопасной переработки отходов, а также для очистки загрязненных территорий. Высока вероятность того, что природные механизмы помогут человечеству справиться с накоплением пластикового мусора и сократить вред, который он наносит окружающей среде.
Ранее ученые нашли связь микропластика и устойчивости бактерий к антибиотикам.
