Фермент морской бактерии разлагает пластиковый полимер
Бактерия, способная разлагать распространённый полимер полибутиленсукцинат (PBS), который в морской среде разлагается лишь ограниченно, может привести к улучшению методов его переработки. Потенциал бактерии и её фермента, разрушающего PBS, обнаружили исследователи из Университета Хоккайдо совместно с коллегами из Mitsubishi Chemical Group (Япония). Результаты опубликованы в журнале Environmental Microbiology.
PBS обычно считается экологичным полимером из-за его способности к биодеградации на суше в атмосферных условиях. Это привело к росту его использования с начала 1990-х годов для производства промышленных пластиков, включая мульчирующие плёнки, компостируемые пакеты и упаковку для общепита. Однако многие выброшенные пластики в итоге попадают в море, и, к сожалению, PBS плохо разлагается в этой среде.
«Загрязнение океана пластиком — глобальная проблема, и нам нужно бороться с ней, получая новое понимание поведения пластика в этой среде и разрабатывая новые технологии», — говорит Томо Савабэ, руководитель исследовательской группы на факультете рыболовства Университета Хоккайдо.
Поскольку ранее было обнаружено лишь небольшое количество морских микроорганизмов, способных разлагать PBS, Савабэ и его коллеги попытались найти другие, особенно с более высокой активностью.
Они исследовали влияние на PBS микробов, собранных из природной морской воды у побережья Японии, и выявили несколько типов морских бактерий, способных его разлагать. Также они идентифицировали фермент, ответственный за деградацию PBS, у конкретного штамма бактерий Vibrio ruber. Фермент назвали PBSase.
Затем исследователи пошли дальше: с помощью методов молекулярной биологии они встроили ген PBSase в обычную бактерию Escherichia coli, которую культивировали для получения высокоочищенных образцов фермента для дальнейшего изучения.
«Выяснение механизма деградации в морской воде на молекулярном уровне может привести к разработке новых морских биоразлагаемых полимеров, — говорит Ясухито Ямамото, коллега Савабэ из Mitsubishi Chemical Corporation. — Этот фермент можно использовать как ускоритель разложения или катализатор для химической переработки собранных пластиковых отходов».
Наличие очищенного фермента также позволило исследователям изучить его структуру. Моделирование показало, что он тесно связан с другим ферментом, известным своей способностью разлагать другой распространённый полимер — полиэтилентерефталат (PET).
«Изучая активность этого фермента в разложении других полимеров, таких как PET, мы надеемся, что наша работа внесёт более широкий вклад в развитие технологий переработки пластика», — заключает Савабэ.
Это исследование — часть более широких усилий по решению проблемы сложности технологий биоразлагаемых полимеров, вызванной их различной способностью к разложению на суше и в море. Узнав больше о факторах, контролирующих биоразлагаемость в разных средах, учёные, надеемся, смогут разрабатывать полимеры, наиболее подходящие как для среды их использования, так и для той, в которой они могут оказаться после использования.