Larwy pewnego chrząszcza są w stanie zjadać polistyren – twarde, trwałe i trudne do rozłożenia tworzywo sztuczne – ustalili naukowcy. Badacze chcą teraz skupić się na zidentyfikowaniu i wyizolowaniu konkretnych szczepów bakterii biorących udział w degradacji polistyrenu i zbadaniu wytwarzanych przez nie enzymów, by sprawdzić, czy mogą posłużyć do degradacji plastikowych odpadków na większą skalę.
Polistyren to szeroko używane, twarde tworzywo sztuczne. Wytwarza się z niego wiele przedmiotów codziennego użytku, jak szczoteczki do zębów, opakowania do żywności, elementy zabawek czy sztuczną biżuterię. W formie spienionej, znany pod nazwą styropianu, jest masowo stosowany w budownictwie, jako materiał izolacyjny.
Polistyren jest trwały, a zatem trudny do rozłożenia. Tradycyjne metody recyklingu, takie jak obróbka chemiczna i cieplna, są drogie i mogą wytwarzać zanieczyszczenia. Jednak w pozbyciu się odpadków z polistyrenu mogą pomóc larwy chrząszcza Alphitobius, zwanego pleśniakowcem. Naukowcy International Centre of Insect Physiology and Ecology pracując w Keni odkryli, że larwy chrząszcza Alphitobius zjadają polistyren, a bakterie żyjące w ich jelitach pomagają im go rozkładać.
Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „Scientific Reports” (DOI: 10.1038/s41598-024-72201-9).
W degradacji plastikowych śmieci pomogą chrząszcze
Wszechobecne plastikowe odpady stanowią coraz większe wyzwanie. W środowiskach lądowych i morskich zalegają góry śmieci z tworzyw sztucznych. Naukowcy starają się znaleźć rozwiązanie problemu, ale jak dotąd ich wysiłki nie przyniosły oczekiwanych rezultatów. Chociaż odpady z tworzyw sztucznych stanowią poważny problem środowiskowy na całym świecie, Afryka stoi przed szczególnym wyzwaniem ze względu na wysoki import produktów z tworzyw sztucznych, niski poziom ponownego wykorzystania i brak recyklingu tych produktów. Jednak z pomocą przychodzi sama natura, bo okazuje się, że larwy pochodzącego z Afryki chrząszcza zwanego pleśniakowcem (Alphitobius) radzą sobie z popularnym polistyrenem.
Chrząszcze z tego rodzaju występują głównie w Afryce, ale w ostatnich dekadach skolonizowały Amerykę Północną i Europę. To małe owady – osiągają do 7 mm długości. W naturalnych warunkach zamieszkują gleby pod korzeniami czy korą lub butwiejące resztki roślinne. W USA i Europie chrząszcze te upodobały sobie fermy drobiu, gdzie zjadają i zanieczyszczają paszę oraz przyczyniają się do wielu chorób drobiu, co przekłada się na straty gospodarstw.
Naukowcy, poza identyfikacją zdolności larw tego chrząszcza, zbadali również bakterie jelitowe owada. Wszystko po to, by ustalić, jakie społeczności bakterii jelitowych mogą wspierać proces degradacji plastiku. Ich koncepcja jest taka, że zamiast wypuszczać ogromną liczbę tych owadów na wysypiska śmieci, można wykorzystać mikroby i enzymy, które produkują. To, zdaniem naukowców, jest łatwiejsze do opanowania na dużą skalę.
Larwy na diecie polistyrenowej
W swoich badaniach grupa naukowców podzieliła larwy chrząszcza na trzy grupy. Jedne były karmione otrębami, drugie polistyrenem, a trzecie mieszanką polistyrenu i otrębów. Eksperymenty pokazały, że ta ostatnia grupa radziła sobie lepiej, niż larwy karmione samym polistyrenem i spożywała polistyren wydajniej niż te na diecie wyłącznie polistyrenowej. Podkreśla to korzyści płynące z zapewnienia owadom diety bogatej w składniki odżywcze.
Owady mogą jeść polistyren, ponieważ składa się on głównie z węgla i wodoru, co może zapewnić im źródło energii. Larwy na diecie polistyrenowo-otrębowej były w stanie rozłożyć około 12 proc. całkowitego polistyrenu użytego w badaniach.
Co kryją jelita chrząszcza?
Analiza jelit larw wykazała znaczące zmiany w składzie bakterii jelitowych w zależności od diety. Zrozumienie tych zmian jest kluczowe, ponieważ ujawnia, które mikroby aktywnie uczestniczą w rozkładaniu plastiku. Pomoże to wyizolować konkretne bakterie i enzymy, które można wykorzystać do wysiłków na rzecz degradacji plastiku.
W jelitach larw karmionych polistyrenem stwierdzono wyższe poziomy Proteobacteria i Firmicutes, bakterii, które potrafią przystosować się do różnych środowisk i rozkładać szeroką gamę złożonych substancji. Bakterie takie jak Kluyvera, Lactococcus, Citrobacter i Klebsiella również były szczególnie liczne. Wiadomo, że produkują one enzymy zdolne do trawienia syntetycznych tworzyw sztucznych. Naukowcy twierdzą, że bakterie te nie będą szkodliwe dla owadów ani dla środowiska, gdy zostaną użyte na dużą skalę.
Naukowcy wskazują, że gatunki i ilość bakterii może oznaczać, że larwy nie mają naturalnej zdolności do jedzenia plastiku, ale gdy nie ma nic innego i zaczynają go spożywać, bakterie w ich jelitach mogą się zmienić, aby pomóc w jego rozkładzie. W ten sposób mikroby mogą dostosować się do nietypowych diet, takich jak plastik.
Badacze sprawdzają, czy istnieje możliwość wyizolowania tych mikrobów i wytwarzanych przez nie enzymów w celu stworzenia rozwiązań mikrobiologicznych do degradacji plastikowych odpadków na większą skalę.
Źródło: The Conversation, fot. Pexels/ CC0
