В марте ученые из Техасского университета объявили о создании фермента, который сможет расправиться с миллионами тонн пластика на свалках по всему миру! Новый фермент получил яркое название FAST-PETase: он и functional (функциональный), и active (активный), и stable (стабильный), и tolerant (допустимый). И перерабатывает ПЭТ (PET) пластик за сутки, максимум неделю, когда в природе на это требуются сотни лет!
Вы уже не раз видели подобные новости? Еще одно открытие не будоражит воображение? В этом посте мы расскажем, почему.
Открывать новый фермент для переработки пластика — это популярное занятие как минимум с 2008 года, когда 17-летний Даниэль Бард прогремел на очередной научной ярмарке с бактериями, способными уничтожать пластик на 43 %. С тех пор новые ферменты поедали пластик то в два, то в три, то в шесть раз быстрее. Так почему же мы в лучшем случае сортируем пластик на переработку, пока в новостных лентах мелькают все новые сообщения о «мусорных полигонах»?
Пластик разнообразен
Ферменты, перерабатывающие пластик, способны работать только с одним его видом; редко с несколькими. Обычно это ПЭТ (полиэтиленгликольтерефталат), составляющий всего 20% всех пластиковых отходов. С точки зрения химии, разрушить его гораздо легче, чем полиэтилен или полипропилен, которые используют для упаковки.
На сегодняшний день наиболее известным микроорганизмом, перерабатывающим пластик, является Ideonella sakaiensis — бактерия, обнаруженная в 2016 году в образцах почвы, взятых около фабрики по переработке пластика в Японии. В определенных условиях она расправляется с пластиком за шесть недель — но только с ПЭТ. В мире используют тысячи видов пластика, и ПЭТ — лишь малая его часть. По мировым объемам производства в 2015 году он занимал всего шестое место среди всех видов пластика. Ideonella не осилит пластиковые крышечки или соломинки — они сделаны из полипропилена. Бутылки от шампуня, пакеты, оберточную пленку — это все сделано из полиэтилена разной плотности. Упаковочный наполнитель отпадает — в его основе полистирол. Так же, как губки и монтажная пена — они из полиуретана.
Конечно, на Ideonella перерабатывающие организмы не заканчиваются. Некоторые виды мучных червей могут поедать и перерабатывать пенопласт. А определенные виды грибков — разлагать полипропилен на 90%. Но для подавляющего большинства пластиков в мире свой супергерой еще не найден и не факт, что будет найден. У бактерий были миллионы лет, чтобы научиться разлагать древесину, фрукты и другую органику. С пластиком же они впервые столкнулись только в середине прошлого века.
Мировые объемы производства полимерных смол и волокон в миллионах тонн. Источник
Подбирать свой организм под каждый вид пластика — занятие совершенно неблагодарное, поэтому стоит задуматься о чем-нибудь универсальном. Впрочем, закончиться это может плачевно, и ниже мы приведем пример такого сценария.
Нужны определенные условия
Многим микроорганизмы очень капризны и перерабатывают пластик только в ограниченном диапазоне температур, в специальной среде или в течение продолжительного времени. Чем строже условия, тем сложнее масштабировать решение. О переработке пластика в естественной среде тогда не может быть и речи.
Чтобы что-то реально изменить, в природу придется выпустить невероятное число подобных организмов. Но бактерии не пчелы, сами к «цветку» не полетят. Без внешних факторов — ветров, океанических течений или хотя бы бульдозеров — бактерии не могут преодолеть сколь-нибудь значимое расстояние. Конкуренция на этом биологическом уровне очень высока, выживает сильнейший — то есть тот, кто освоил нужную среду обитания, а не подсаженный нами микроорганизм. Нельзя взять и распылить ферменты/бактерии над Большим тихоокеанским мусорным пятном; многие просто не доберутся до лакомого кусочка.
Более оправданным здесь представляется подход, используемый в водоочистных сооружениях: мы заселяем бактерии в специальных резервуарах и скармливаем им то, от чего хотим избавиться. Так уже работают с другими видами отходов. Но здесь мы сталкиваемся с дополнительными расходами на транспортировку мусора к местам переработки. Учитывая масштаб проблемы, расходы будут немаленькие.
Это дорого, а пластика меньше не становится
Большинство ферментов расщепляет пластики-полимеры на мономеры, которые пригодны лишь для повторного создания пластика.
Это приводит нас к двум проблемам. Объемы пластика в мире не уменьшаются, как ни крути. При этом производство пластика с нуля — это довольно дешево. Строительство заводов по переработке, доставка тонн сырья и обеспечение условий для бактерий в итоге обеспечит нас сырьем, которое не стоит ничего. Бизнес-модель очень сомнительная.
Даже если в будущем появятся ферменты или бактерии, которые смогут перерабатывать пластик в естественных условиях, это может быть очень опасно. Такие бактерии могут выделять токсичные отходы и разрушать еще используемый пластик — например, в девайсе, с которого вы читаете этот пост.
Сегодня ферменты и бактерии могут быть использованы только в рамках каких-то существующих систем переработки. Ничего принципиально нового они не предлагают: нам все еще нужно сортировать, собирать и отправлять пластик на перерабатывающие заводы.
Всë правда безнадежно?
Нет, есть хорошие новости. Как упоминалось в начале поста, в Техасском университете в Остине открыли фермент, способный перерабатывать пластик за считанные часы при относительно доступной температуре в 50 °C. Для развития этого фермента используется машинное обучение.
Недавно французская фирма Carbios запустила производственную линию на основе расщепленного ферментами пластика. На ней уже успешно выпускают бутылки из ПЭТ. И, хотя выше мы говорили, что общее количество пластика от этого не уменьшается, повторное использование — это все равно хорошо. К 2024 году компания рассчитывает выйти на коммерческие масштабы работы. Таким образом можно будет успешнее перерабатывать пластик из смешанного мусора.
Параллельно ученые разрабатывают биоразлагаемые материалы, способные заменить пластик. В MIT, например, это делают на основе целлюлозы. Английская компания Notpla использует водоросли и другие растения для создания пленок и различных покрытий на замену пластиковым. В Европе законодатели стремятся к тому, чтобы со своей стороны ограничить использование пластика, сложного для переработки.
Микроорганизмы для переработки пластика обычно находят в природе, а потом совершенствуют. Но некоторые ученые предлагают варианты полностью собственной разработки. В 2019 году группа австралийских ученых представила исследование, посвященное переработке микропластика посредством окисления, ускоренного с помощью углеродных материалов, и последующего разложения в результате взаимодействия с водой при определенных температурах. Звучит вроде бы просто, но чтобы все заработало, требуется сложнейшая структура углеродных нанотрубок. Да и само исследование — это лишь первый шаг в длиннющей цепочке к продакшену, которая может оборваться в любой момент.
Красная селедка
Среди экоактивистов популярно мнение: переработка пластика в рамках общей экологической ситуации — это то, что англичане называют red herring («красная селедка»); нечто, отвлекающее нас от более важной проблемы. Пока все обсуждают закон о запрете пластиковых трубочек, они игнорируют вопросы, связанные с углеродным следом и глобальным потеплением. Бактерии могут переработать хоть весь пластик, но это не спасет нас от тающих ледников, подъема общего уровня воды, постоянных лесных пожаров и антропогенных природных катастроф.
Комментарии (52)
Stems
22.05.2023 14:05+8А можно его меньше производить, например сделать тару стеклянной, однотипной и многоразовой.
RusikR2D2
22.05.2023 14:05+5С точки зрения человека, любящего нахождение на природе без скафандра, стеклянная тара - зло. Люди не любят тяжелую посуду, поэтому ее будут выбрасывать в местах пикников, где она будет превращаться в осколки. В том числе и в местах купания. А еще некоторым людям нравится бить стеклянные бутылки стрелять в них, тем самым увеличивая кол-во осколков. Может пластик и плох, но он хотя бы легкий и как-никак сгорает. Альтернативой пластику могла бы быть металлическая тара - ее хотя бы можно было собирать на металл.
orion24
22.05.2023 14:05Лучше ли свалка железных тарелок чем пластиковых? сложный вопрос..
RusikR2D2
22.05.2023 14:05+7Металл, особенно тонкий быстро распадается (в разы быстрее пластика). Его можно собирать, в том числе и за деньги и сдавать в переработку. В городах алюминиевые банки активно собираются и сдаются.
Stas911
22.05.2023 14:05В Канаде (Онтарио) в цену вина и пива входит 10 центов на возврат тары, тч большинство сдают и банки и бутылки. Собираешь за полгода багажник и отвозишь в магаз обратно.
Clock_Source
22.05.2023 14:05+1Здорово, что опыт СССР по оборотной таре достиг Канады, наконец. Плохо, что в РФ он утрачен.
Stas911
22.05.2023 14:05Ну кстати, насколько я слышал, прозрачный пластик из бутылок как раз проще всего перерабатывать и в этом добились уже больших успехов.
vilgeforce
22.05.2023 14:05" Для развития этого фермента" - вы, простите, так слово "development" перевели?
Аргументы о том, что с пластиком бактерии столкнулись всего сотню лет назад разбиваются о примеры антибиотикоустойчивости.
DaneSoul
22.05.2023 14:05+3Аргументы о том, что с пластиком бактерии столкнулись всего сотню лет назад разбиваются о примеры антибиотикоустойчивости.
Нет, антибиотики существовали миллионы лет до человека — это средство борьбы одних бактерий (и некоторых грибов) с другими, своеобразное оружие. Поэтому эти же миллионы лет развивались и средства защиты — антибиотикорезистентности.
vilgeforce
22.05.2023 14:05Расскажите мне про миллионы лет существования фторхинолонов до человека, например, а я послушаю...
DaneSoul
22.05.2023 14:05Ну вот данный конкретный тип изобретен человеком, но многие другие или исходно природные, или модифицированные человеком варианты. Это не отменяет того факта, что с самим фактом существования антибиотиков и методами борьбы с ними бактерии столкнулись миллионы лет назад.
vilgeforce
22.05.2023 14:05+1Достаточно одного примера. Антибиотики - крайне разнообразная группа, поэтому сам факт их существования ни о чем не говорит. Расскажите про механизм действия тех же фторхинолонов и у каких природных соединений он такой же
DaneSoul
22.05.2023 14:05Другие механизмы резистентности бактерий к фторхинолонам
связаны с нарушением транспорта препаратов через по-
риновые каналы во внешней клеточной мембране мик-
робной клетки или с активацией белков выброса, кото-
рые приводят к выведению фторхинолонов из клетки.
(источник)И вот эти самые механизмы используются бактериями для защиты от некоторых других классов антибиотиков, то есть были наработаны давным давно.
То что механизм действия вещества созданного человеком уникальный, не значит что миллионы лет эволюции для борьбы с другими классами веществ никак не могут быть использованы.
Tiriet
22.05.2023 14:05+1антибиотики создают гораздо более жесткое эволюционное давление, чем пластики, и в гораздо большем жизненном объеме: все человечество + все сельское хозяйство (особенно птицеводство). И в этих условиях почти 100 лет понадобилось бактериям, чтоб выработать мультирезистентность. Мне кажется, что вполне себе нормальный аргумент, который как раз подтверждается историей развития антибиотикоустойчивости.
vilgeforce
22.05.2023 14:05Не вижу причин почему бы пластики не давали сильного эволюционного преимущества
Tiriet
22.05.2023 14:05+1потому что их расщепление- энергозатратно- суммарный энерговыхлоп мал, поэтому микроорганизмы, расщепляющие пластик будут медленно набирать массу, а жрать их будут быстро и активно другие микроорганизмы, привыкшие к активно размножающимся обычным бактериям, при этом пластики имеют малую удельную поверхность, она гладкая и доступная снаружи- идеальное место для того, чтобы слизывать все, что на ней растет (чем занимаются, например, улитки). Посмотрите на микроорганизмы, расщепляющие дерево (целлюлоза- это пластик), посмотрите на микроорганизмы, расщепляющие воск (восковая блоха и микрофлора ее кишечника)- это сравнительно медленно развивающиеся организмы, живущие в очень специфических условиях, их быстро выдавливают любые конкуренты, как только селятся поблизости.
Mike_666
22.05.2023 14:05+4Просто пока пластика в природе слишком мало, чтобы есть его было выгодно в эволюционном плане.
Stas911
22.05.2023 14:05Да в океанах уже вроде нормально насыпали.
kisaa
22.05.2023 14:05Так природа уже подтягивается:
наиболее известным микроорганизмом, перерабатывающим пластик, является Ideonella sakaiensis — бактерия, обнаруженная в 2016 году в образцах почвы, взятых около фабрики по переработке пластика в Японии
Belkogoth
22.05.2023 14:05+2Ну, кстати, насчет эволюции поспорю тут, неверное ее трактование, как по мне. Уже не раз писали последние годы, что в мировом океане сильно выросло количество микроорганизмов, жрущих пластик. Значит таковые уже имеются в природе, просто их было мало, и понятно, что природа не на бутылки целилась, просто в океане еще до появления человека попадалась жратва, в чем-то схожая с пластиком) А выросли популяции по понятной причине: жрать стало много, вот и размножаются.
Lirix_vladimir
22.05.2023 14:05+2А какой продукт получается на выходе после переработки микроорганизмами?
ihouser
22.05.2023 14:05+1С точки зрения микроорганизма - говно, только пластиковое (мономеры).
azTotMD
22.05.2023 14:05Вот когда мы тесто и крахмал едим, почему то не получаются моносахара, глюкоза там какая-нибудь.
На самом деле понятно почему. Мы едим чтобы получать энергию, расщепление на мономеры не даёт энергии, скорее тратит. Энергия получается из реакции окисления расщепленных моносахаров кислородом воздуха. А продукты этой реакции - углекислый газ и вода.
Вот это и предлагают - превратить весь пластик в CO2, сожрав заодно и кислород
Tiriet
22.05.2023 14:05и сколько мы сожрем того кислорода? 1%? масса кислорода в атмосфере- 10^15 тонн, масса произведенного пластика (за все 60 лет)- оценивается в 10^10 тонн. жечь и жечь еще.
Goron_Dekar
22.05.2023 14:05+5А потом колония такого организма поселится... на складе готовой продукции! Вот будет сюрприз!
DASpit
22.05.2023 14:05+3Как в случае с деревом - пока нет контакта с влагой будут просто сидеть и ждать изменения условий существования.
RusikR2D2
22.05.2023 14:05"Страшнее", когда будут поедаться пластиковые детали автомобилей и прочих потенциально-опасных вещей.
GospodinKolhoznik
22.05.2023 14:05+4Мир в котором всё гниёт
Называется мечтой.
Хочешь там сгниёт айпод?
Или столик откидной?
DaneSoul
22.05.2023 14:05+2Автомобили то можно и защитить, а вот если вдруг накроются многие киллометры труб водоснабжения и канализации, зарытые в земле (то есть в весьма неплохих для бактерий условиях), то вот тут может быть прям апокалипсис последствий...
Tiriet
22.05.2023 14:05По непроверенным слухам "синтия" (бактерия, которую в Мексиканском заливе пытались натравить на протекшие парафины и тяжелые нефти) быстро просекла, что жиры- расщеплять легче и вкуснее парафина, и знатно подкосила заливную рыбу. А так как целлюлоза- это тоже своего рода "пластик"- полимер- то с большой вероятностью колония такого универсального пластикового организма вместо расщепления полиэтилена быстро переключится на дрова в детской стадии развития (когда они еще дерево)- они и структуру имеют подходящую- с большой пористой поверхностью для размножения, и влажные, и на воздухе- все что нужно для "семейного отдыха" небольшого расщепляющего коллектива.
DaneSoul
22.05.2023 14:05На привычной органике у бактерии будут более приспособленные конкуренты, в условиях благоприятных для развития бактерий желающие сожрать органику находятся мигом.
А технология бактериального разложения нефтепродуктов весьма хорошо отработана, так что есть шансы что и с пластиками со временем получится.
shadrap
22.05.2023 14:05+7Борюсь с загрязнением пластиком - не беру принципиально мешки в магазине , хожу с многоразовым и кассиршам запрещаю пихать все в отдельные мешочки...
мне кажется , надо не пластик разлагать , а когнитивно-активные бактерии на "сирунов" и "овер-потребителей"...
Stas911
22.05.2023 14:05У нас тоже набор "авосек" из прочной синтетической ткани (увы, да, пластик), но мы ими пользуется лет 10 наверное уже.
DagothNik
22.05.2023 14:05Надеюсь телефоны меняете хотя бы раз в шесть лет, а лучше побольше? Ну и компьютер раз в 10 лет, не чаще. А то при их производстве вреда природе побольше будет, чем от пластового пакета?
Dynasaur
22.05.2023 14:05Быстрее сделают роботов, которые будут собирать и сортировать мусор во всех природных средах. И это как-то спокойнее, чем микроорганизмы, которые сожрут не то, что надо.
Dynasaur
22.05.2023 14:05Микроорганизмов бы научить собирать из среды тяжёлые и радиоактивные металлы - вот это было бы полезно.
Tiriet
22.05.2023 14:05+1с этим прекрасно справляется трава! трава собирает металлы, их жрут животные и вуаля- все быстренько собирается на вершине пищевой цепочки и компактно локально захоранивается :-).
TuzSeRik
22.05.2023 14:05Да и в океане тоже планктон не отстаёт. Тунец вон, беременным и детям противопоказан. Да и взрослым не чаще раза в неделю
Dynasaur
22.05.2023 14:05К сожалению, таким способом загрязнения только размазываются по биосфере
Tiriet
22.05.2023 14:05аргументация?
где примеры "такого" размазывания загрязнений по биосфере? Фукусимцы например пишут, что на их практике трава эффективно захоранивает загрязнения, не позволяя им разлетаться по ветру.
каким образом микроорганизмы будут собирать тяжелые металлы и очищать от них почву, если с этим не справляется трава и деревья (макроорганизмы). Ну сьела инфузория молекулу оксида урана, и? как лежала эта молекула в земле, так и лежит на том же месте, только внутри инфузории. чем это отличается от лежания в корневой системе одуванчика или отложения в суставах местного суслика?
KvanTTT
22.05.2023 14:05Весь пластик есть не надо — его и разработали для того, чтобы надежно и дешево хранить жидкости, еду и другие вещества. С самим пластиком проблем нет, есть проблемы с его утилизацией.
DagothNik
22.05.2023 14:05Как на мой взгляд, то экологи не в ту сторону воюют. Бороться с глобальным потеплением созданием бактерий, которые будут уничтожать буквально всё, что раньше спокойно "жило" годами - такое себе. Из той же серии: избавились от свинца в припое - привет "оловянные усы" и более хрупкий припой.
Складывается ощущение, что все эти экологические начинания направлены только на то, чтоб сделать вещи действительно одноразовыми.
Может экологи будут бороться за оптимизацию софта и за ремонтопригодность устройств? Пользы для природы будет в разы больше.
cubicBEAR
Действие лишено цели. Пластик прекрасно сгорает, выделяя тепло. С утилизацией пластика нет вообще никаких проблем. Проблемы есть только у нищебродов без денег на инсинератор.
Поиски путей разрушения конструкционного пластика это технологическое безумие.
usego
Безумие бороться с CO2 и потеплением с помощью сжигания чего либо.
Tiriet
графики температуры и СО2 за последний миллион лет говорят, что рост СО2 вызывает как раз похолодания- как только СО2 доходил до 300ppm, начинался медленный и грустный процесс снижения температуры градусов на 8 от текущих уровней и уровня СО2 опять до 200 ppm. потом- короткий период потепления и быстрого роста СО2 до 300ppm и снова ледниковый период и СО2 к 200. Нам точно надо бороться с потеплением? А то у нас сейчас температура, СО2 и СН4 такие же, как 130-140 тысяч лет назад, и если в этой теме "технический анализ" играет- то нас ждет суровое похолодание.