Baktériumok bontják le a bioműanyagot
A Harry Lerner és David Schleheck vezette kutatócsoport azt vizsgálta, hogyan képesek a talajban élő mikroorganizmusok bizonyos bioplasztikokat lebontani. A kutatók hosszú szénláncú alifás poliészterekből (LCAP) készült műanyagfóliákat ástak el az erdei talaj humuszrétegében, körülbelül tíz centiméteres mélységben. Emellett porított LCAP-anyagokat is erdei talajhoz kevertek, és laboratóriumi körülmények között egy éven át vizsgálták a lebomlásukat. A laboratóriumi mintákban a mikroorganizmusok légzésével összefüggő szén-dioxid-termelést is mérték.
A talajból kiemelt műanyagfóliák felületén apró lyukakat találtak, amelyek mérete és alakja egy-egy baktériumsejtéhez hasonlított. A megfigyelések arra utalnak, hogy a baktériumok részt vesznek a műanyag lebontásában. A mikroorganizmusok a sejteken kívül, enzimek segítségével bontják a műanyagot kisebb egységekre, úgynevezett monomerekre és oligomerekre. Ezeket az anyagokat a mikroorganizmusok felvehetik, és növekedésükhöz használhatják fel.
Miért Pac-Man?
A kutatók a műanyag lebomlását mutató talajminták mikrobiális közösségének összetételét és genetikai állományát is megvizsgálták. A DNS-elemzés során egy olyan gént azonosítottak, amely az LCAP-tartalmú erdei talajmintákban nagy mennyiségben fordult elő, és egy észteráz enzimet kódol. Az enzim szerkezeti modellje szokatlanul tág, nyitott aktív helyet mutat, amelyhez nagyobb molekulák, köztük a műanyagok polimerláncai is kapcsolódhatnak. A fehérje emellett olyan szekréciós jellel és membránhoz kötött lipidhorgonnyal rendelkezik, amelyek segíthetik a sejten kívüli elhelyezkedését, illetve a sejtfelszínhez való rögzülését.
Az egyetem kutatói a Pac-Man videojáték főhőséről nevezték el az enzimet, mivel annak szokatlanul tág, nyitott aktív helye és működése is a játékfigurát idézi. Az enzim a műanyagok mellett a penicillin nevű antibiotikumot is képes hatástalanítani laboratóriumi körülmények között. A felfedezés új szempontokat vethet fel az antibiotikum-rezisztencia környezeti terjedésének és evolúciójának kutatásában.
Nem minden műanyag bomlik le ugyanúgy
A kutatás egyik fontos tanulsága, hogy a műanyagok biológiai lebomlása jelentősen függ azok kémiai szerkezetétől. A kísérletekben vizsgált bioplasztikok 250–330 nap alatt teljesen lebomlottak a talajmintákban. Ezzel szemben a nagy sűrűségű polietilén (HDPE) esetében alig tapasztaltak lebomlást.
Az eredmények nem jelentik azt, hogy az enzim minden műanyagot képes eltüntetni a környezetből, vagy hogy a műanyagszennyezés problémája már megoldódott. Fontos ugyanakkor, hogy a mérési adatok egyelőre csak a vizsgált anyagokra és a kísérleti körülményekre érvényesek.
A felfedezés segíthet jobban megérteni, hogyan bontják le a mikroorganizmusok a különböző polimereket. Hosszabb távon az eredmények olyan biológiai eljárások fejlesztéséhez is hozzájárulhatnak, amelyekkel hatékonyabban kezelhetők a biológiailag bontható poliészterekből származó műanyagok.
Forrás: Interesting Engineering, Konstanzi Egyetem
Borítókép: Adobe Stock
