ЛЕКЦИЯ ПО ЭРЖМ: Бактериальная экология - ЭКОЛОГИЯ БУДУЩЕГО

Бактерии против пластика

В 2016 году японские ученые опубликовали очень важное открытие. Собрав образцы почвы, воды и ила у завода по переработке бутылок в Осаке, они обнаружили бактерии, которые научились разлагать пластик. Бактерии Ideonella sakaiensis могли питаться только определенным видом пластика — ПЭТ, из которого делают бутылки и другую тару. Подобные открытия были сделаны в США и Германии.

Сейчас ученые работают над улучшением показателей этого фермента, что позволит в будущем построить объекты промышленного масштаба, где бактерии будут «переваривать» целые груды пластика. Такие бактерии необходимо подвергнуть биоинженерному изменению, чтобы они могли разлагать пластик в сотни или тысячи раз быстрее.

В 2018 году ученые из Великобритании и США модифицировали бактерии так, чтобы они могли разрушить пластик в течение нескольких дней.

В октябре 2020 года процесс усовершенствовали, объединив два поедающих пластик фермента, которые производили бактерии, в один «суперфермент».

Микробиологи из Гонконга нашли способ использовать бактерии для улавливания микропластиков. Ученые используют бактериальные биопленки — это липкое вещество, с помощью которого микроорганизмы улавливают микрочастицы. Биопленки заставляют микропластики собираться вместе, они оседают — так их становится удобнее собирать. Как только они опускаются на дно реактора, исследователи применяют ген рассеивания биопленки и та высвобождает микропластики. Теперь они готовы для переработки.

Пока некоторые бактерии неспособны полностью разложить пластик на первоначальные химические элементы, включая углерод и водород. Вместо этого они обычно расщепляют полимеры, из которых состоят пластмассы, на мономеры, из которых зачастую можно сделать лишь еще больше пластмасс. То есть ПЭТ-пластик может превратиться только в сырье для производства большего количества пластика.​​

Бактерии против отходов металлургии

Молодые ученые из университета МИСиС разработали новую технологию переработки металлургических и горнопромышленных отходов с помощью тионовых бактерий, которые окисляют железо и выделяют энергию. Из этих отходов можно вынуть ценное сырье и получить высококачественные пигменты для лакокрасочной и косметической промышленности.

Открытие весьма актуально. В России ежегодно образуется около 6 млрд тонн металлургических и горнопромышленных отходов, но вторично используется только 15% из них. Основная часть отходов отправляется в утиль, создавая экологические проблемы для людей и природы.

Бактерии против разливов нефти

Разрушение сложных веществ с помощью живых организмов называется биодеградацией. Утечка нефти и загрязнение водной среды — это серьезная угроза для экосистем и человека, потому что токсичные органические материалы попадают в пищевую цепочку. Такие разливы будут происходить, пока человечество будет использовать нефть. Существуют бактерии, которые могут очищать воду от разливов нефти, потребляя углеводороды. Это единственный способ добраться до глубоководных районов и там разрушить кольцевые структуры углеводородов в нефти с помощью ферментов и кислорода из морской воды. Бактерии, потребляющие нефть, встречаются во всех океанах Земли.

Бактерии против отходов электроники

В мире ежегодно производится огромное количество электронных отходов (e-отходов). Электронное цунами подпитывается неправильно выброшенными телефонами, планшетами и другими устройствами. В 2020 году во всем мире произвели рекордных 53,6 млн тонн электронных отходов. К 2030 году этот показатель достигнет 74 млн тонн. Большая часть e-отходов накапливается на свалках, где токсичные металлы попадают в подземные воды и пищевые цепочки, угрожая здоровью человека и окружающей среде. Горы электронных отходов содержат драгоценные металлы — к примеру, около 7% мирового золота. Если их безопасно извлечь и переработать, их можно использовать снова для производства новых вещей. Чтобы извлекать нужные металлы, можно использовать не только токсичные технологии, но и безопасные бактерии. 

Микроорганизмы могут расщепить минералы, вкрапленные в золото, с помощью цианида натрия, который растворяет обнаженный драгоценный металл. Далее металл можно выделить и очистить. Биологическое выщелачивание требует очень мало энергии и поэтому имеет небольшой углеродный след. Также этот метод не предполагает использование токсичных химикатов, что делает его экологически чистым и безопасным. Такая микробиологическая технология — это экономическая альтернатива для горнодобывающей промышленности в то время, когда истощаются высококачественные минеральные ресурсы.

Мы живем во времена, когда для выживания в будущем нужно кооперироваться и решать глобальные задачи — например, бороться с последствиями бездумного использования пластика. Бактерии могут помочь сохранить наш дом — так же, как когда-то помогли запустить процессы по его «строительству».