Produkcja plastiku w ciągu ostatnich 70 lat zwiększyła się z 2 mln ton do 380 mln ton rocznie, a to więcej, niż ważą wszyscy ludzie. Jak obliczyli naukowcy, każda tona plastikowych odpadów w oceanach to zniszczone zasoby o wartości do 33 tys. dol. Tylko kilka procent plastikowych śmieci w oceanach spośród wielu setek ton pochodzi z Europy. Za resztę odpowiadają kraje Azji i Afryki. Każdy przyzna jednak, że plastik w przyrodzie stanowi problem nas wszystkich. Walczą z nim naukowcy i... samo środowisko. Z dużym prawdopodobieństwem – świat ma już swoich pomocników w tej batalii. Są nimi bakterie.

Dwa w jednym

W ciągu roku statystyczny mieszkaniec Europy i Ameryki pozostawia po sobie ok. 100 kg śmieci. Są to nie tylko butelki PET, które urosły już do rangi symbolu, ale także sprzęt RTV i AGD, do którego nie produkuje się części zamiennych ani nowych oprogramowań. To zmusza nas do ciągłej konsumpcji i generowania plastikowych odpadów. Po pandemii do środowiska trafiły dodatkowo tony plastikowych rękawiczek, przyłbic i opakowań po środkach dezynfekujących. Szacunkowe dane mówią, że plastik rozkłada się nawet 500 lat. Za szczególnie trudny do degradacji uznawany jest poli(tereftalan) etylenu, czyli właśnie wspomniany PET, tworzywo sztuczne oparte na ropie.

Japońscy naukowcy z Nara Institute of Science and Technology opisali bakterię Ideonella sakaiensis, która zamienia PET w PHB – poli(3-hydroksymaślan) – plastik poddający się biodegradacji. Shosuke Yoshida, jeden z autorów publikacji w Scientific Reports, wierzy, że odkrycie bakterii rozkładających trudny do przetworzenia PET i wykorzystujących powstające substancje do syntezy biodegradowalnego plastiku może oznaczać nową drogę w świecie nauki. Na pewno daje to nadzieję, że coś posprząta nasze śmieci.

Zaczęło się od liści

Badania nad skutecznym i szybkim rozkładem plastiku trwają w wielu miejscach świata i stanowią wymierną ekonomicznie alternatywę dla działań ekologów, którzy dążą do maksymalnego ograniczenia produkcji tworzyw sztucznych.

O właściwościach bakterii Ideonella sakaiensis grupa naukowców z firmy Carbios dowiedziała się już dekadę temu. Inspiracją do badań była obserwacja tego, jak efektywnie powyższa bakteria radzi sobie z likwidacją starych liści. Szef zespołu badawczego Carbios – prof. Alain Marty z Uniwersytetu w Tuluzie opowiadał na łamach The Guardian, że spośród 100 tys. sprawdzonych mikroorganizmów to właśnie szczep 201-F6 bakterii Ideonella sakaiensis wytwarzał najskuteczniejsze enzymy pozwalające odzyskiwać materiał bazowy do ponownej syntezy plastiku. Profesor zaznaczył, że jego jakość jest porównywalna do jakości uzyskiwanej w procesach petrochemicznych. Grupa badawcza prof. Marty’ego podczas swoich prac udowodniła, że możliwe jest rozbicie tworzywa sztucznego na składniki bazowe w temperaturze 72°C w ciągu 10 godz.

Szwedzkie odkrycie

Przy dotychczasowych technologiach recyklingu tworzyw sztucznych (m.in. do produkcji paliwa lotniczego czy aromatu wanilinowego – przyp. K.K.) ponownemu wykorzystaniu ulega tylko 16%.

Efektywne badania prowadzą także naukowcy z Uniwersytetu Technicznego Chalmersa w Göteborgu. Szwedzi przebadali próbki DNA pobrane z aż 200 miejsc na Ziemi i w ten sposób odkryli enzymy zdolne do rozkładu 10 rodzajów plastiku. Efektem badań jest znalezienie 30 tys. enzymów, z których aż 60% nie pasuje do żadnej znanej klasy. Być może rozkładają one tworzywa sztuczne w sposób nieznany jeszcze człowiekowi.

Bardzo cenna wydaje się obserwacja naukowców, z której wypływa wniosek, że im więcej śmieci znajduje się w konkretnej przestrzeni, tym więcej znajdziemy tam bakterii rozkładających plastik. Wygląda więc na to, że zanieczyszczone środowisko wypracowuje sobie własne metody likwidacji odpadów.

Jan Zrimec, główny koordynator badań, przyznaje, że obecnie nadal niewiele wiadomo na temat enzymów rozkładających plastik. – Nie spodziewaliśmy się, że znajdziemy tak dużą ich liczbę w tak wielu różnych drobnoustrojach i siedliskach – podkreśla.

Naukowcy pobrali próbki również z oceanów na różnej głębokości. Swoimi badaniami objęli 67 miejsc, w których łącznie znaleźli 12 tys. enzymów rozkładających tworzywa sztuczne. Zauważyli, że im niższa głębokość, tym więcej jest enzymów degradujących plastik, co sugeruje znacznie większe skażenie. Nietrudno przewidzieć, że najwięcej enzymów występuje w najsilniej zanieczyszczonych wodach Morza Śródziemnego i Południowego Pacyfiku.

Nie tylko bakterie

Jak już wspomnieliśmy, w oceanach znajdują się tony naszych syntetycznych odpadków. Teoretycznie mechaniczny rozpad plastiku pod wpływem promieniowania UV i działania fal rozbijających go o skały to oczywista droga utylizacji trudnych śmieci. W praktyce drobne fragmenty polimerów, czyli mikroplastik (cząsteczki nieprzekraczające długością 5 mm) lub nanoplastik (cząsteczki nieprzekraczające 1 µm), akumulują się w ekosystemach wodnych, glebie i organizmach żywych. Ostatecznie trafiają również do ludzkich żołądków.

Mikroplastik nie różni się pod względem fizycznym i chemicznym od odpowiedników o bardziej okazałych gabarytach, ale zajmuje zdecydowanie większą powierzchnię. I on może zostać rozłożony przez niektóre szczepy bakterii środowiskowych. Obok wspomnianej Ideonella sakaiensis są to: Bacillus, Rhodococcus, Enterobacter, Chelatococcus, Comamonas, Pseudomonas i Paenibacillus.

Badaniu poddano także grzyby występujące m.in. na terenach nadbrzeży morskich: Aspergillus, Penicillium, Pestalotiopsis, Zalerion. Tu również wyniki są obiecujące, naukowcy zaobserwowali bowiem zmiany na powierzchni i modyfikację grup funkcyjnych mikroplastiku.

Przyszłość zależy od decyzji

Aleksej Zelezniak z Uniwersytetu Technicznego Chalmersa w Göteborgu zauważa, że korelacja między ilością enzymów a ilością zanieczyszczeń tworzywami sztucznymi stanowi „znaczący dowód na to, jak środowisko reaguje na presję, jaką na nie wywieramy”.

Projekt naukowy grupy badawczej ze Szwecji pomoże tak opracować enzymy, aby były zdolne do degradacji konkretnych typów polimerów. Jak widać, zamiast licznych środków finansowych na walkę o zaprzestanie produkcji plastiku należałoby wdrożyć większe nakłady finansowe na opracowanie i wdrożenie skutecznego recyklingu, co – jak udowodniają naukowcy – jest wykonalne.