Загрязнение пластиком представляет собой растущую экологическую угрозу, особенно в связи с накоплением микро- и наночастиц пластика в морских, пресноводных, наземных и даже полярных экосистемах. Хотя в отдельных видах микроорганизмов описаны сотни ферментов, разлагающих пластик, глобальное распространение и эволюционная консервация этих белков остаются неясными.
Новое исследование, проведенное международной группой ученых из Университета Турку в Финляндии и двух каталонских университетов — Автономного университета Барселоны и Университета Ла Салле, а также Токийского научного института в Японии, показывает, что более 95% видов прокариотических микроорганизмов несут по меньшей мере один ген, способный разлагать природные или синтетические пластиковые полимеры, что подчеркивает неожиданно широко распространенную экологическую способность реагировать на загрязнение пластиком.
Работа опубликована в журнале Environmental Technology & Innovation.
«Наши результаты показывают, что потенциал биоразложения пластика не ограничивается несколькими специализированными микробами — напротив, он практически универсален. Это говорит о том, что микробные сообщества во всем мире, возможно, уже обладают молекулярным инструментом, необходимым для реагирования на загрязнение пластиком», — говорит доктор Пере Пуигбо из Университета Турку и Автономного университета Барселоны, один из ведущих авторов исследования.
Международный проект MicroWorld, в рамках которого проводилось новое исследование, создал наиболее полный на сегодняшний день ресурс по микробной биодеградации пластика.
Исследователи представляют базу данных Plastic-Degrading Clusters of Orthologous Groups (PDCOGs), содержащую 625 616 предполагаемых белков, разлагающих пластик, классифицированных на 51 ортологичную белковую группу. Этот глобальный каталог предоставляет беспрецедентную возможность изучить, как бактерии и археи могут способствовать разложению микро- и нанопластика в различных экосистемах.
Классификация PDCOGs описывает белки, разлагающие пластик, связанные с 11 природными и 28 синтетическими полимерами. Глобальное распространение этих полимеров в 23 средах — от глубоководных отложений и почв до горячих источников и полярных регионов — показывает, что потенциал биоразложения сильно зависит от местных экологических условий.
Некоторые местообитания, такие как почвы и эндолитические экосистемы, особенно богаты ферментами, разлагающими пластик, что указывает на локальную адаптацию или экологический отбор.
«Способность микроорганизмов разлагать пластик не только широко распространена, но и явно формируется под влиянием окружающей среды: во многих местообитаниях наблюдается сильное обогащение определенными семействами ферментов», — говорит профессор Кари Сайкконен из Университета Турку, соавтор исследования.
С точки зрения материалов и применения, эти результаты показывают, как обусловленная окружающей средой адаптация микроорганизмов может вдохновить на новые технологические подходы.
Выявляя, какие ферменты процветают в конкретных средах обитания и при определенном экологическом давлении, PDCOGs предоставляют план действий для разработки материалов и биотехнологических решений, оптимизированных для местных условий окружающей среды.
«Этот ресурс дает глобальное представление о потенциале биоразложения, заложенном в природе. Понимая, как микроорганизмы адаптируются к местной среде, мы можем начать разрабатывать новые материалы и биотехнологические решения, которые соответствуют естественным микробным процессам», — заключает соавтор исследования, доктор Михо Накамура из Университета Турку, Ла Салле и Токийского института науки.
Источник: University of Turku.
На заглавном графике: схематическое изображение бактерий, продуцирующих фермент, расщепляющий пластик и участвующий в его разложении. Автор изображения: Пере Пуигбо.
