Műanyaggal táplálkozó mikrobákat fedeztek fel az Északi-sarkvidéken

A sarkvidéki talajban és az alpesi lejtőkön műanyagot fogyasztó mikrobákat fedeztek fel a tudósok, ami áttörést jelenthet a műanyagszennyezés világszerte elterjedt problémájának kezelésében – derül ki egy új tanulmányból, amelyet a Vice ismertetett.

Évente mintegy 400 millió tonna műanyagot dobunk ki, és ez a szám a következő évtizedekben várhatóan csak növekedni fog. A tartós szemét áradata világszerte negatívan hat az ökoszisztémákra, és veszélyt jelent az emberi egészségre is.

E hulladék nagy része az élőhelyekre kerül, ahol apró darabokra, úgynevezett mikroműanyagokra bomlik, amelyek biológiai lebomlása évszázadokig tart. A mikroműanyagokat gyakorlatilag mindenhol megtalálták a Földön, beleértve a mélytengeri árkokat, az antarktiszi havat, a belélegzett levegőt és az emberi szervezetet is.

A mikrobák a legjobb eszközök közé tartoznak, amelyeket a tudósok tanulmányoznak e szennyezés elleni küzdelemben, mivel ezen apró organizmusok némelyike speciálisan erre a célra kifejlesztett enzimek segítségével képes megemészteni bizonyos műanyagokat. Ezeknek az enzimeknek azonban általában 30 °C körüli hőmérsékletre van szükségük ahhoz, hogy ipari méretekben is képesek legyenek a műanyagok lebontására. Ez a magas hőmérséklet azonban nem teszi fenntarthatóvá az ezekre a mikroorganizmusokra alapuló technológiát, ezért a szakemberek a hidegebb égövökön próbáltak hasonló mikrobákra bukkanni.

Most Joel Rüthi, a svájci Szövetségi Erdészeti, Hó- és Tájkutató Intézet (WSL) környezeti mikrobiológusa által vezetett tudósok az Északi-sarkvidéken és az Alpokban felfedeztek egy sor olyan hideg égövi mikrobát, amelyek sokkal alacsonyabb, 15°C-os hőmérsékleten is képesek lebontani bizonyos műanyagokat.

Rüthi és kollégái évek óta tanulmányozzák a műanyagszennyezés hatásait a hideg időjárás érintetlen környezetében élő mikrobákra, amiből kiderült, hogy egyes fajok a jelek szerint energiaforrásként használják a műanyagokat. Új eredményeik megerősítik, hogy "a magashegységi és sarkvidéki régiókból származó mikroorganizmusok hatékonyan termelnek műanyaglebontó enzimeket, és ezáltal hozzájárulhatnak a környezetbarát körkörös műanyaggazdaságra irányuló jövőbeli erőfeszítésekhez" – olvasható a Frontiers in Microbiology című szaklapban megjelent tanulmányban, amelyet a Vice idéz.

“Az elmúlt években a magashegységi és sarkvidéki talajokban élő mikroorganizmusok feltűnően nagy változatosságát fedeztük fel. Ezek közül sok teljesen ismeretlen, és még mindig nem sokat tudunk az életmódjukról és a képességeikről. A genetikai elemzésekből arra számítunk, hogy sokuk nagyon érdekes lehet biotechnológiai célokra. Ennek a hatalmas anyagcsere-potenciálnak a hozzáférhetővé tétele volt a kutatócsoportunk másik motivációja”- nyilatkozta a felefedezésről Rüthi.

"A hideghez alkalmazkodott mikrobák a jövőben segíthetnek a műanyag újrahasznosításának fenntarthatóbbá és olcsóbbá tételében, mivel az ezen organizmusok által termelt enzimek alacsonyabb hőmérsékleten működnek, következésképpen nem lenne szükség fűtésre, ami energiát takarít meg" – tette hozzá.

A mikrobák a Földön szinte minden elképzelhető környezetben megtalálhatók, a hipersós tavaktól kezdve a radioaktív szennyeződések zónáin át egészen a saját testünkig. Ez a sokoldalúság részben abból fakad, hogy képesek kihasználni a szokatlan erőforrásokat, például a metánt, a nukleáris sugárzást, a mérgező hulladékot vagy a műanyagokban található polimereket.

Míg számos korábbi tanulmány azonosított műanyag-emésztő mikrobákat, Rüthi és kollégái áttörése abban rejlik, hogy ezeket az organizmusokat hideg környezetben keresték. A kutatócsoport 34 mikrobatörzset, köztük 19 baktériumot és 15 gombát gyűjtött össze több hónapig otthagyott műanyagból Grönland, a Svalbard-szigetek (itt van a Föld legészakibb kutatóállomása, ahol az átlagosnál hétszer hamarabb emelkedik a hőmérséklet, az ott zajló kutatásokról készített Reuters-riportot itt ismertettük) és a svájci Alpok helyszínein. A mikrobák az Actinobacteria, Proteobacteria, Ascomycota és Mucoromycota családokba tartoztak.

Visszatérve a laboratóriumba, a kutatók a mikrobákat egy nem biológiailag lebomló műanyaggal, a polietilénnel (PE), valamint három olyan műanyaggal hozták kapcsolatba, amelyeket úgy terveztek, hogy gyorsabban lebomoljanak. Míg a mikrobák egyike sem tudta lebontani a PE-t, a másik három műanyagot körülbelül a fele képes volt 15 °C-on megemészteni.

Az eredmények kapaszkodót nyújtanak olyan új enzimek biotechnológiai fejlesztéséhez, amelyek alacsonyabb hőmérsékleten képesek bizonyos műanyagokat szétszedni, ami a jövőben potenciálisan csökkentheti a műanyag-újrahasznosítási erőfeszítések költségeit és szén-dioxid-kibocsátását.

Tekintettel arra, hogy a műanyagszennyezés egyre csak fokozódik, elengedhetetlen lesz fenntartható módszereket találni a hulladék e rugalmas formájának ártalmatlanítására. Ennek érdekében a kutatócsoport azt tervezi, hogy eredményeikre építve tovább tanulmányozzák a hideg égövi mikrobák szupererejét.

"A következő lépés a mikrobatörzsek által termelt enzimek azonosítása és termelésük optimalizálása lenne" – zárta gondolatát a svájci kutató. "Ebből többet tudhatnánk meg az olyan fontos jellemzőkről, mint a hőmérsékleti optimum és az enzimek stabilitása. Ez pedig megmutatja majd, hogy az új enzimek felhasználhatók-e ipari alkalmazásban.