Naukowcy odkryli pomocne w recyklingu drobnoustroje w płynie pobranym ze żwacza – największej części żołądka krów (i innych przeżuwaczy). Żwacz działa jak inkubator dla tych drobnoustrojów, które są kluczowe w procesie trawienia lub fermentacji pokarmów spożywanych przez zwierzęta.
Ponieważ wraz ze swoją roślinną dietą krowy spożywają też naturalny poliester wytwarzany przez rośliny – zwany kutyną – naukowcy podejrzewali, że niektóre drobnoustroje obecne w żwaczu mogą być zdolne także do trawienia syntetycznych poliestrów. Politereftalan etylenu (PET) ma bowiem podobną strukturę chemiczną do naturalnie występującej kutyny.
I rzeczywiście, w swoim nowym badaniu naukowcy z Uniwersytetu Przyrodniczego w Wiedniu odkryli, że drobnoustroje pochodzące z krowiego żwacza mogą degradować nie tylko PET, ale także dwa inne tworzywa sztuczne – politereftalan adypinianu butylenu (PBAT) stosowany w biodegradowalnych plastikowych torbach oraz furanian polietylenu (PEF), wytwarzany z odnawialnych materiałów pochodzenia roślinnego.
Plastik zanurzono w sokach trawiennych krowy
Aby ocenić, jak dobrze te przenoszone w żwaczu drobnoustroje mogą „trawić” plastik, zespół pozostawił każdy badany rodzaj plastiku w soku trawiennym ze żwacza na okres od jednego do trzech dni. Następnie naukowcy przebadali produkty uboczne uwalniane przy rozkładzie tworzyw sztucznych, aby określić, czy i w jakim stopniu drobnoustroje rozłożyły materiał na części składowe. Okazało się, że płyn ze żwacza najlepiej poradził sobie z tworzywem PEF, ale w pewnym stopniu rozłożył wszystkie trzy rodzaje plastiku.
W drugiej części badania zespół pobrał próbki DNA płynu ze żwacza, aby dowiedzieć się, które konkretne drobnoustroje mogą być odpowiedzialne za rozkładanie plastiku. Około 98 proc. DNA należało do królestwa bakterii, przy czym najbardziej dominującym rodzajem były bakterie Pseudomonas. Kilka gatunków z tej rodziny sprawdziło się w starciu z plastikowymi odpadami już we wcześniejszych badaniach.
W dużych ilościach pojawiły się też bakterie z rodzaju Acinetobacter. Inne badania, z 2017 roku, wykazały, że kilka gatunków w obrębie tego rodzaju jest zdolnych do rozkładania syntetycznych poliestrów.
Po przeprowadzeniu analizy zespół pod kierunkiem Doris Ribitsch chce w pełni scharakteryzować bakterie „zjadające” plastik i określić, jakich konkretnych enzymów używają one do rozkładania plastiku. Jeśli badaczom uda się to ustalić, następnym krokiem będzie inżynieria genetyczna. Naukowcy chcą być w stanie wytworzyć dużą ilość enzymów rozkładających plastik bez konieczności pobierania drobnoustrojów bezpośrednio od zwierząt.
Naukowcy chcą opatentować nową metodę rozkładania plastiku
Ribitsch jest przekonana, że enzymy można łatwo i niedrogo wytwarzać w laboratorium w ilościach pozwalających na stosowanie na skalę przemysłową. Zresztą jej zespół już opatentował analogiczną metodę recyklingu materiałów tekstylnych, które są kolejno poddawane działaniu różnych enzymów.
Pierwsza partia enzymów trawi włókna tkaniny, podczas gdy następna zjada określone poliestry. Metoda działa dzięki połączeniu enzymów atakujących bardzo specyficzne struktury chemiczne, dzięki czemu tekstylia zawierające wiele materiałów można poddać recyklingowi bez uprzedniego rozdzielenia ich na części składowe.
Naukowcy nie zamierzają zakończyć swoich badań na krowach. Potencjalnie pożyteczne enzymy mogą istnieć w wielu innych naturalnych źródłach.
Przykładem może być pierwsza bakteria, która (co udowodniono badaniami) może spożywać PET – Ideonella sakaiensis, która ma swój udział w fermentacji japońskiego sake. Prawdziwym wyzwaniem będzie jednak znalezienie enzymów rozkładających bardziej kłopotliwe produkty z tworzyw sztucznych, takie jak polietylen i polipropylen.