Живой пластик исчезает сам после выбрасывания

Вы только вдумайтесь в эти цифры. Всего за двадцать лет мы умудрились увеличить горы пластикового мусора со 180 миллионов тонн в год до более чем 350 миллионов. Это как если бы каждая семья на планете вдруг решила заменить всю свою посуду одноразовыми стаканчиками — и делала бы так каждый день. Эксперты уже бьют тревогу: если дело пойдёт такими темпами, к 2050 году 12 миллиардов тонн пластика будут мирно (или не очень) разлагаться в окружающей среде следующие несколько сотен лет. Жуть, правда? Но, кажется, у науки есть для нас проблеск надежды. И он, как это часто бывает, связан с маленькими, но очень живыми существами.

Всё началось в 2016 году, когда любопытные исследователи из Киотского университета решили покопаться в мусоре. Буквально. На японском заводе по переработке отходов они изучали кучи отбросов и среди 250 образцов нашли настоящую жемчужину — бактерию Ideonella sakaiensis. Эта кроха оказалась гурманом с экзотическими вкусами: её деликатесом стал полиэтилентерефталат, он же ПЭТ, из которого делают наши бутылки. Секрет её кулинарных способностей — фермент ПЭТаза. А чуть позже британские учёные из Портсмута подсуетились и нашли к нему напарника, MHETase. Вместе этот гибридный дуэт работает в шесть раз шустрее, переваривая пластик.

И вот тут на сцену выходят ребята из Шэньчжэньского института передовых технологий. Они подумали: «А что, если не ждать, пока бактерии сами найдут наш мусор, а сразу внедрить их в пластик?». Так родилась идея «живого» материала. Представьте себе обычный поликапролактоновый (PCL) пластик, но с сюрпризом — внутри него законсервированы споры бактерий. Хитрость в том, что эти «солдаты» спят, пока материал цел. Исследователи даже проверяли: опускали образцы в газировку на 60 дней — и ничего, полная стабильность. То есть пакет для чипсов из такого пластика не начнёт «дышать» и портиться раньше времени. Активируются ферменты, только когда пластик начинает разрушаться. Красота!

Почему именно Bacillus subtilis?

Выбор пал на бактерию под названием Bacillus subtilis. И знаете, почему? Не только из-за её способности вырабатывать нужные ферменты. Дело в том, что эти ферменты — белки капризные, сложные и очень нежные. В обычных условиях их легко разрушить. Но Bacillus subtilis умеет превращаться в спору! А спора — это такая бронированная капсула, которой нипочём ни жара, ни давление. Команда биолога-синтетика Ченванга Танга встроила ген липазы от другой бактерии (Burkholderia cepacia) прямо в ДНК Bacillus subtilis. Затем с помощью ионов тяжёлых металлов их «усыпили», превратив в споры. Эти споры смешали с пластиковыми гранулами PCL, расплавили — и получили твёрдый, прочный материал.

А дальше начинается самое интересное. Как только поверхность такого пластика начинает портиться (царапаться, трескаться), оттуда сразу выделяются споры. Они чувствуют волю, прорастают, и проснувшаяся бактерия с геном липазы BC принимается за работу, расщепляя молекулы пластика. Чтобы ускорить процесс (нам же всегда всё надо побыстрее!), учёные добавили в смесь вторую липазу — от Candida antartctica. И это сработало: весь пластик исчез всего за 6-7 дней. Для сравнения: обычная бутылка ПЭТ пролежит в земле лет 450.

Выживают даже при 300°C

Конечно, сразу возник вопрос: а не погибнут ли наши бактерии-спящие красавицы, если производить пластик при высоких температурах? Чтобы это проверить, исследователи пошли на хитрость: они пометили ферменты флуоресцентными маркерами. И внедрили споры в разные виды пластика — PLA, PBS, PBAT, PHA и тот же PET. Температура плавления некоторых доходит до 300°C! И что вы думаете? После всех этих адских температур пластик светился в лучах ультрафиолета. Значит, споры выжили и ферменты внутри них остались целы. «Пластик смог полностью распасться без добавления антибиотиков, что подчеркивает надежность системы», — с гордостью отмечают авторы. То есть система самоочищается, не дожидаясь, пока кто-то даст специальную команду.

Честно говоря, идея не нова: похожие разработки были и у коллег из Сан-Диего. Но прорыв китайской группы в том, что они смогли заставить этот механизм работать максимально эффективно и, главное, дозированно. Представляете, если бы мы смогли заменить обычную упаковку такой, которая исчезает сама собой, как только перестаёт быть нужной? С результатами исследования, опубликованными в журнале Nature Chemical Biology, можно ознакомиться здесь.