Ферменты, разлагающие пластик, увеличиваются в соответствии с уровнем загрязнения

Количество микробных ферментов, способных разлагать пластик, растет в корреляции с локальным уровнем пластикового загрязнения. Таковы результаты нового исследования Технологического университета Чалмерса (Швеция), в котором измеряли образцы экологической ДНК со всего мира. Результаты демонстрируют влияние пластикового загрязнения на окружающую среду и указывают на потенциальные новые решения для управления этой проблемой.

Новое исследование, недавно опубликованное в научном журнале mBIO, проанализировало образцы экологической ДНК из сотен локаций по всему миру. Исследователи использовали компьютерное моделирование для поиска микробных ферментов с потенциалом к разложению пластика, а затем сопоставили эти данные с официальными показателями загрязнения пластиковыми отходами по странам и океанам.

«Используя наши модели, мы обнаружили несколько доказательств того, что потенциал глобального микробиома к разложению пластика сильно коррелирует с измерениями загрязнения окружающей среды пластиком — это важная демонстрация того, как окружающая среда реагирует на давление, которое мы на нее оказываем», — говорит Алексей Зелезняк, доцент системной биологии.

Больше ферментов в самых загрязненных районах

Количество и разнообразие пластикоразрушающих ферментов увеличивается в прямой зависимости от локального уровня загрязнения пластиком. Всего было обнаружено более 30 000 гомологов ферментов, способных разлагать 10 различных типов широко используемых пластиков. Гомологи — это члены белковых последовательностей, обладающих сходными свойствами. Среди локаций с наибольшим количеством таких ферментов были печально известные сильно загрязненные районы, например, образцы из Средиземного моря и южной части Тихого океана.

Потенциальная ценность для борьбы с глобальным кризисом пластика

Ежегодно около 8 миллионов тонн пластика попадает в мировой океан. Естественные процессы разложения пластика очень медленны — срок жизни ПЭТ-бутылки, например, может достигать сотен лет. Исследователи полагают, что их результаты потенциально могут быть использованы для обнаружения и адаптации ферментов для новых процессов переработки.

«Следующим шагом будет тестирование наиболее многообещающих кандидатов в ферментах в лаборатории, чтобы детально изучить их свойства и скорость разложения пластика, которую они могут обеспечить. Затем можно будет сконструировать микробные сообщества с целевыми деградирующими функциями для конкретных типов полимеров», — объясняет Алексей Зелезняк.

Дополнительные доказательства связи из сравнения суши и моря

• Пластикоразрушающие ферменты, обнаруженные исследователями, были широко распространены как в океанических, так и в почвенных микробиомах.
• Между образцами суши и океана было обнаружено много различий в количестве и типе пластиковых частиц, а также ферментов. Например, в образцах с суши содержалось гораздо больше соединений на основе фталатных пластиковых добавок. Соответственно, в образцах с суши действительно было обнаружено больше ферментов, способных разлагать эти пластики, что указывает на связь между ними.
• Образцы океана также показали, что количество ферментов с деградирующей способностью увеличивается с глубиной. Набор данных включал 67 локаций из восьми океанов на трех разных глубинах и показал стабильно более высокие уровни деградирующих ферментов на больших глубинах, что снова указывает на связь с более высоким уровнем микропластика, неоднократно наблюдаемым на глубине.

Подробнее о каталогизации ферментов

• Исследователи составили набор данных из 95 ранее известных ферментов, способных разлагать или модифицировать пластик. Затем они использовали «скрытые марковские модели» для поиска гомологичных последовательностей в данных крупнейших глобальных метагеномных исследований из 236 локаций. В качестве контроля ложноположительных результатов использовались образцы внутреннего микробиома человека — в организме человека пока не обнаружено пластикоразрушающих ферментов.
• Они идентифицировали в общей сложности около 30 000 ферментов, примерно 12 000 в океаническом микробиоме и 18 000 в почвенном, соответствующих 10 основным коммерческим пластикам, включая шесть полимеров и четыре добавки. Почти 60% идентифицированных пластикоразрушающих ферментов не относились ни к одному из известных классов ферментов, что говорит об открытии нового функционального контента для разложения пластика.