Разработан способ выбора набора бактерий мангровых деревьев, способных преобразовывать пластик, который потенциально предлагает новую стратегию в глобальном наборе инструментов для очистки пластиковых отходов. Исследователи оценили воздействие частиц полиэтилентерефталата (ПЭТ) и проникновения морской воды на микробиом мангровой почвы, а затем провели эксперименты с обогащенной культурой, чтобы выбрать набор микробов, преобразующих ПЭТ.
Пластиковое загрязнение океана растет во всем мире с тревожной скоростью, и пластиковые фрагменты обнаруживаются даже в глубоких океанах вдали от человеческого жилья. Мангровые леса являются важными очагами биоразнообразия, которые предлагают ряд экосистемных услуг, но все больше подвергаются риску из-за множества факторов стресса, включая пластиковое загрязнение.
«Мангровые экосистемы подвержены высокому уровню пластика, и, как сообщается, их почвы содержат разнообразные микробные сообщества, включая активные к пластику микроорганизмы», — объясняет руководитель исследования Диего Хавьер Хименес Авелла из Лаборатории микробной экогеномики и биотехнологии (MEGBLab) в KAUST. «Поэтому мы подумали, что эти почвы могут быть хорошим источником микробов, способных разрушать пластик. Однако микробное разнообразие и метаболическая активность в мангровых почвах до сих пор в значительной степени неизвестны».
Анализ коллективной геномной информации двух бактериальных консорциумов показал, что некоторые виды бактерий обладают новыми ферментами, способными разрушать и преобразовывать ПЭТ. Новый бактериальный род Mangrovimarina plasticivorans является особенно важным членом этих консорциумов, поскольку он несет два гена, которые кодируют синтез гидролаз моногидроксиэтилтерефталата — ферментов, способных разрушать побочный продукт ПЭТ.
Эти результаты важны, поскольку они расширяют наше экологическое понимание трансформации ПЭТ в природе и описывают новый род бактерий и ферменты, потенциально способные разлагать ПЭТ. Это также первый раз, когда исследователи продемонстрировали, что бактериальные консорциумы, полученные из мангровых почв, могут трансформировать гидролизуемый пластик на основе ископаемого топлива.
«Разработка микробиомов для эффективной переработки пластика — захватывающая тема для исследований в области микробиологии и биотехнологии», — объясняет Хименес. «Это также сложная задача: биоремедиация микропластика в природных морских экосистемах — сложная задача из-за низкой эффективности, проблем с масштабируемостью, тестированием, реализацией, оценкой и законодательством».
Подход команды к разработке микробных инокулянтов и/или ферментных коктейлей, способных ускорить деградацию ПЭТ, может быть широко применен с использованием микробных инокулятов из ряда наземных и водных экосистем. Это, в свою очередь, может выявить более новые микробы или ферменты, разлагающие пластик.
«Эти результаты лабораторных исследований являются шагом на пути к решению проблемы загрязнения пластиком и требуют дальнейших исследований и разработок, таких как оптимизация и масштабируемость, прежде чем их можно будет применить на практике», — отмечает Александр С. Росадо из KAUST.
Исследовательская группа под руководством ученых KAUST, сотрудничество которой началось в 2021 году с восемью институтами в Колумбии, Бразилии, США, Германии, Австралии, Великобритании и Саудовской Аравии, ожидает, что широкое использование этого подхода может помочь в разработке эффективных микробных консорциумов, нацеленных на трансформацию пластика как в лабораторных условиях, так и в крупномасштабных промышленных условиях.
Группа ученых продолжает изучать выбор микробных сообществ, преобразующих пластик, из мангровых зарослей Красного моря и ферментативную активность предполагаемых новых ферментов, разлагающих ПЭТ, обнаруженных в ходе данного исследования.
