Műanyagevő baktériumok szabadítanak meg minket a szeméttől

Ezek a szennyvízben élő műanyagevő baktériumok oldhatják meg a mindent elöntő műanyagszemét eltakarításának problémáját.

Kutatók már régen megfigyelték, hogy a Comamonadaceae családba tartozó közönséges környezeti baktériumok szívesen eléldegélnek a városi folyókban és szennyvizekben úszkáló műanyaghulladékon. Az azonban mindeddig tisztázatlan maradt, hogy pontosan mit is tesznek ezek a baktériumok a műanyaggal.

Most az egyesült államokbeli Northwestern University által irányított kutatócsoport felderítette, miként bontják le a Comamonas baktériumsejtek a műanyagot, hogy táplálékhoz jussanak belőle.

 Először parányi nanoműanyag-darabkákra aprózzák, majd olyan speciális enzimeket bocsátanak ki, amelyek kémiailag is tovább bontják a műanyagot. Végül a baktériumok a műanyag alkotói között található szénatomgyűrűt használják táplálékforrásnak

– állapították meg a kutatók. A felfedezés új lehetőségeket kínál a baktériumokon alapuló szennyvíztisztítási módszerek terén, amelyek alkalmasak lehetnek az ivóvizeinket szennyező és az élővilágra is ártalmas, de más eljárásokkal nehezen eltávolítható műanyaghulladék eltakarítására. 

A tanulmány az Environmental Science & Technology környezettudományi és -technológiai szakfolyóiratban látott napvilágot.

Műanyagevő baktériumok illusztrációja
Fotó: Science Photo Library via AFP

Milyen baktérium bontja le a műanyagot?

„Első alkalommal igazoltuk módszeresen, hogy egy szennyvízben élő baktérium a műanyaghulladékot képes elnyűni, felaprózni, megemészteni, majd szénforrásként felhasználni – nyilatkozta Ludmilla Aristilde, a Northwestern munkatársa és a tanulmány vezetője. – Bámulatos, hogy ez az egyetlen baktérium végig tudja vinni a teljes folyamatot. Azonosítottuk is a műanyag lebontásáért felelős kulcsfontosságú enzimet. 

Ha ezt a folyamatot optimalizálnánk, kihasználhatnánk arra, hogy megszabaduljunk a környezetünket szennyező műanyagoktól.”

Aristilde, aki a szerves anyagoknak a környezeti folyamatok dinamikájában betöltött szerepével foglalkozik, a Northwestern University-n működő McCormick Mérnöki Tanszék környezetmérnök tanára. A most publikált kutatás Aristilde csoportjának korábbi munkáin alapul, amelyek felderítették a Comamonas testosteri által a növények és műanyagok lebontására és az azokból származó egyszerű szénvegyületek metabolikus hasznosítására alkalmazott mechanizmusokat. A jelen vizsgálatok során Aristilde és munkatársai újból a C. testosteri-hez fordultak, amely előszeretettel nő az élelmiszercsomagolások és italos palackok alkotójaként széles körben ismert polietilén-tereftaláton, ismertebb nevén a PET-en. Mivel a PET amúgy igen nehezen bomlik, a PET-alapú hulladék a műanyagszennyezés egyik fő forrása. 

„Fontos megjegyezni, hogy a PET műanyagok a globális műanyagfelhasználás 12%-át képviselik, és a szennyvizek mikroműanyagtartalmának 50%-a belőlük származik” – hangsúlyozta Aristilde.

Aristilde és csoportja többféle elméleti és kísérleti megközelítést alkalmazott annak jobb megértése érdekében, miként lép kölcsönhatásba a C. testosteroni a műanyaggal, és hogyan vonja ki belőle táplálékát. Mindenekelőtt szennyvízből izolálták a baktériumot, és PET-fólián és -gyöngyöcskéken tenyésztették. Ezután korszerű mikroszkópos technikákkal megfigyelték, hogyan változik idővel a műanyag felszíne, majd megvizsgálták a baktériumok körüli vizet a nanoméretűre aprózott műanyagszemcsék után kutatva. Végül magukat a baktériumokat vették szemügyre, hogy vajon milyen molekuláris eszköztár segíti őket a plasztik lebontásában.

„A baktériumok közreműködésével a mikroműanyag-darabkák egészen parányi nanoműanyag-részecskékre aprózódtak – mondta el Aristilde. – 

Eredményeink azt mutatják, hogy ez a szennyvízlakó baktérium eredendő képességgel bír a plasztik lebontására a folyamat legelejétől egészen a legkisebb kémiai alkotórészekig, a monomerekig, amelyek összekapcsolódásával felépül a műanyag. Ezek az elemi építőkövek már biológiailag hozzáférhető szénforrást jelentenek a baktérium számára, így tudja velük táplálni a saját növekedését.”

Új remény, hogy megszabadulhatunk a műanyag szeméttől

Miután meggyőződtek róla, hogy a C. testosteroni csakugyan le tudja bontani a műanyagokat, Aristilde és munkatársai azt is szerették volna megérteni, hogy ezt miként teszi. Olyan átfogó „omikai” technikákkal, amelyek a sejtben jelen lévő valamennyi enzimet kimutatják, a csoport azonosított egy konkrét enzimet, amelyet a baktérium csak a PET-műanyagok jelenlétében termel. Hogy még pontosabban tisztázza ennek az enzimnek a szerepét, Aristilde megkérte a tennessee-i Oak Ridge National Laboratory-ban dolgozó kollégáit, hogy készítsék el a baktériumnak azt a változatát, amely nem képes termelni a szóban forgó enzimet. Figyelemre méltó módon az enzim hiányában a baktériumok plasztikbontó képessége számottevően csökkent vagy teljesen el is veszett.

Bár Aristilde elsősorban hulladékeltávolítási célokra kívánja felhasználni az eredményeket, megemlíti, hogy az újonnan szerzett tudás a műanyagok szennyvízbeli életciklusára is jobban rávilágít.

A C. testosteroni segítségével lebonthatóvá válhatnak a műanyagok
Fotó: Science Photo Library via AFP

„A szennyvízben hatalmas mennyiségű mikro- és nanoműanyag halmozódik fel – fejti ki a kutatónő. – A legtöbben talán úgy képzelik, hogy a nanoműanyag nanoműanyagként is érkezik a szennyvíztisztító telepekre. Mi viszont most rámutattunk arra, hogy a nanoműanyag keletkezhet a szennyvízkezelés során is a mikrobák tevékenysége következtében. Ez olyasmi, amire nekünk mint társadalomnak oda kell figyelnünk, miközben próbáljuk végigkövetni a műanyagok útját a szennyvíztől a végállomásként funkcionáló folyókig és tavakig.”