• 14.11.2024 20:38

    Микроорганизмы из желудка коровы переработали пластик

    Автор:beron

    Июл 4, 2021 #наука, #техника
    Микроорганизмы из желудка коровы переработали пластик

    Микроорганизмы из желудка коровы переработали пластикМикроорганизмы из желудка коровы переработали пластикМикроорганизмы из желудка коровы переработали пластикМикроорганизмы из желудка коровы переработали пластикМикроорганизмы из желудка коровы переработали пластик

    Австрийские исследователи продемонстрировали способ переработки пластика при
    помощи ферментов, выделяемых
    микроорганизмами желудка коровы. В работе, опубликованной в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, ученые гидролизовали три полиэфира — полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиэтиленфураноат (ПЭФ) и полибутиленадипаттерефталат (ПБАТ), используя жидкость из рубца — отдела четырехкамерного желудка крупного рогатого скота.

    На сегодняшний день на территории Европы скопилось 25,8 миллиона тонн пластиковых отходов, из
    которых примерно 15 процентов составляют полиэфиры, главным образом полиэтилентерефталат — из
    него изготавливают текстиль, упаковку, бутылки для воды и
    газированных напитков. К часто применяемым полиэфирам относится также полибутиленадипаттерефталат, представляющий собой сополимер, синтезированный из 1,4-бутандиола, адипиновой и терефталевой кислот. Еще один важный представитель полиэфиров — это полиэтиленфураноат, мономером которого является 2,5-фурандикарбоновая кислота, получаемая из
    возобновляемых источников.

    Перспективным методом переработки пластика сейчас является ферментативный гидролиз при помощи бактерий. Например, в 2016 году японские микробиологи, исследуя почву вблизи завода по производству полиэтилентерефталата, выделили штамм бактерий Ideonella sakaiensis 201-F6, способный гидролизовать ПЭТ. Эти бактерии смогли переработать тонкую (0,2 миллиметра) полимерную пленку за шесть недель. А в прошлом году французским ученым из Университета Тулузы удалось усовершенствовать фермент кутиназу LCC, полученную из листового компоста листьев, которая работала эффективнее фермента из Ideonella sakaiensis: она смогла расщепить до 90 процентов ПЭТ на мономеры за 10 часов. Однако все еще существует потребность в более эффективных
    ферментах, позволяющих масштабировать процесс переработки. 

    Теперь исследователи во главе с Феличе Куартинелло (Felice
    Quartinello) из Венского университета природных ресурсов и естественных наук решили использовать ферменты, производимые микроорганизмами рубца жвачных
    животных, для разложения полиэфиров. Этот процесс в перспективе можно масштабировать, учитывая широкое распространение скотобоен. 

    Рубец — самый большой отдел желудка крупного рогатого скота. Микробиом рубца насчитывает около 1010 микроорганизмов на 1 миллилитр рубцовой жидкости и представлен несколькими сотнями видов обитателей, большинство из которых производят ферменты для переваривания клетчатки, крахмала и сахара. Рацион жвачных животных включает растительные
    полиэфиры и, следовательно, некоторые населяющие животных микроорганизмы способны синтезировать ферменты (эстеразы,
    липазы и кутиназы), расщепляющие сложноэфирные связи. 

    Исследователи посетили одну из австрийских скотобоен, чтобы взять рубцовую жидкость коровы. Затем они инкубировали эту жидкость с тремя полиэфирами (ПЭТ, ПЭФ, ПБАТ) в виде порошка и пленки, чтобы понять, насколько эффективно полимеры будут гидролизоваться в разных формах. Ученые инкубировали 5 грамм порошка (каждого полимера) с 2 миллилитрами рубцовой жидкости в калий-фосфатном буфере. Инкубацию проводили в течение 72 часов в орбитальном шейкере на скорости 150 оборотов в минуту при 40 градусах по Цельсию (как в рубце). Затем то же самое исследователи проделали с полимерными пленками (ПЭТ, ПБАТ и ПЭФ) размерами полтора на один сантиметр. 

    Далее при помощи высокоэффективной жидкостной хроматографии ученые проанализировали продукты ферментативного гидролиза всех трех полимеров. Продуктами расщепления ПЭТ были: терефталевая кислота, моно-(2-гидроксиэтил)терефталат и бис-(2-гидроксиэтил)терефталат; ПБАТ гидролизовался с образованием моногидроксибутилтерефталата и бис-(4-гидроксибутил)терефталата, а продуктом распада ПЭФ была 2,5-фурандикарбоновая кислота.

    Микроорганизмы из желудка коровы переработали пластикМикроорганизмы из желудка коровы переработали пластикМикроорганизмы из желудка коровы переработали пластикМикроорганизмы из желудка коровы переработали пластикМикроорганизмы из желудка коровы переработали пластик

    Продукты гидролиза после инкубации полимерных порошков ПЭТ (A), ПБАТ (B) и ПЭФ (C) с рубцовой жидкостью

    Через 72 часа из ПЭТ и ПБАТ образовалось 0,6 и 0,75 миллимоль продуктов
    гидролиза, а из ПЭФ было получено 4,8 миллимоль продуктов. Ферментативный гидролиз полимеров в виде порошков прошел лучше по сравнению с гидролизом пленок. Однако, как в
    случае пленок, так и в случае порошков, ПЭФ расщеплялся эффективнее других полимеров. Это связано с гибкостью полимерной цепи, которая улучшает сорбцию ферментов. Кроме того, длина цепи и межмолекулярные связи могут влиять на гидролиз.

    Микроорганизмы из желудка коровы переработали пластикМикроорганизмы из желудка коровы переработали пластикМикроорганизмы из желудка коровы переработали пластикМикроорганизмы из желудка коровы переработали пластикМикроорганизмы из желудка коровы переработали пластик

    Продукты гидролиза после инкубации полимерных пленок ПЭТ (A), ПБАТ (B) и ПЭФ (C) с рубцовой жидкостью

    Чтобы идентифицировать микробное
    сообщество рубца, исследователи выделили генетический материал из одного миллилитра рубцовой жидкости для секвенирования. Среди бактерий в рубце преобладали бактерии рода Pseudomonas, которые могли играть важную
    роль в гидролизе полиэфиров. Известно, что эти бактерии способны синтезировать эстеразы, липазы и кутиназы, гидролизующие сложноэфирные связи. Что касается грибов (Aspergillus, Penicillium, Candida), живущих в рубце, они тоже способны производить различные гидролазы (липаза и эстераза) и, следовательно, участвовать в гидролизе полимеров. По мнению исследователей,  микробное
    сообщество, скорее всего, эффективно гидролизует полиэфиры из-за комбинации ферментов, синтезируемых различными обитателями рубца.

    Переработка пластика при помощи микроорганизмов — многообещающий метод. Недавно биохимики из Шотландии с помощью сконструированного штамма кишечной палочки Escherichia coli превратили терефталевую кислоту, полученную из ПЭТ-бутылок, в ванилин.

    Виктория Барановская

    Источник: nplus1.ru



    голоса

    Рейтинг статьи




    Adblock test .

    Источник
    Автор: Андрей Зверев

    Автор: beron