Austriaccy naukowcy odkryli w układach trawiennych krów enzymy, które mogą rozkładać plastik, w tym Poli(tereftalan etylenu), znany szerzej jako PET, używany przede wszystkim do produkcji butelek do napojów. Odkrycia te mogą doprowadzić do powstania nowej technologii przetwarzania tworzyw sztucznych.
Żołądek większości przeżuwaczy, do których zaliczają się także krowy, składa się z czterech komór. Żwacz, czepiec i księgi tworzą tzw. przedżołądek, a trawieniec jest żołądkiem właściwym. W żwaczu, który jest pierwszym i największym przedżołądkiem (u osobników dorosłych) występują drobnoustroje wytwarzające enzymy, które mają zdolność do rozkładania niektórych powszechnie stosowanych tworzyw sztucznych.
Georg Guebitz z Uniwersytetu Zasobów Naturalnych i Nauk Przyrodniczych w Wiedniu wraz z kolegami przyglądnęli się diecie krów, w której występują naturalne poliestry, jak kutyna wchodząca w skład woskowatej zewnętrznej warstwy ścian komórkowych roślin. Uczeni podejrzewali, że w ich żołądkach istnieje pewien mechanizm, będący w stanie przeprowadzić reakcję chemiczną, która rozkłada ten materiał. Pytanie badaczy było proste: jeśli bydło potrafi poradzić sobie z naturalnymi poliestrami, to czy może zrobić to samo ze sztucznymi?
- W żwaczu żyje ogromna społeczność drobnoustrojów i jest ona odpowiedzialna za trawienie pokarmu u zwierząt – powiedziała dr Doris Ribitsch z Uniwersytetu Zasobów Naturalnych i Nauk Przyrodniczych w Wiedniu, współautorka badań, które ukazały się na łamach pisma „Frontiers in Bioengineering and Biotechnology” (DOI: 10.3389/fbioe.2021.684459). – Podejrzewaliśmy, że niektóre aktywności biologiczne mogą również być stosowane do hydrolizy poliestru – dodała.
- Kiedy grzyby lub bakterie chcą przeniknąć do roślin, produkują enzymy, które są w stanie rozłożyć kutynę – przyznała Ribitsch. To klasa enzymów zwanych kutynazami. Ribitsch i jej koledzy wyizolowali w przeszłości takie enzymy z drobnoustrojów, ale dopiero przy nowych badaniach zdali sobie sprawę, że krowy mogą być źródłem podobnych związków. - Te zwierzęta zużywają i rozkładają dużo materiału roślinnego, więc było wysoce prawdopodobne, że znajdziemy u nich podobne mikroby – powiedziała.
Uczeni przyjrzeli się trzem rodzajom poliestrów. Chodzi o poli(tereftalan etylenu), czyli PET, syntetyczny poliester powszechnie stosowany w produkcji tekstyliów i opakowań, poli(adypinian-co-tereftalan butylenu), czyli PBAT, biodegradowalne tworzywo stosowane w kompostowalnych torbach plastikowych oraz polietylenofuranian, czyli PEF, tworzywo wytwarzane z cukrów pochodzących z roślin.
Następnie odwiedzili lokalną rzeźnię i pobrali próbki płynu ze żwacza młodego wołu wypasanego na alpejskich pastwiskach. Zanurzyli w cieczy trzy testowane rodzaje tworzyw sztucznych (zarówno w postaci proszku, jak i folii), by sprawdzić swoje podejrzenia. Kąpiel ta trwała od jednego do trzech dni.
Wyniki pokazały, że wszystkie trzy tworzywa sztuczne mogą być rozkładane przez mikroorganizmy pochodzące z żołądków krów, przy czym proszek tworzywa sztucznego rozkładał się szybciej niż folia. Najskuteczniej degradowany był PEF, ale pozostałe dwa tworzywa również ulegały rozkładowi. W porównaniu z podobnymi badaniami, które prowadzono na pojedynczych mikroorganizmach, uczeni stwierdzili, że płyn ze żwacza jest bardziej skuteczny, co może sugerować, że kombinacja enzymów wytwarzanych przez drobnoustroje, a nie tylko jeden konkretny enzym, może być tym, co robi różnicę.
Badania są na wstępnym etapie, ale naukowcy będą je kontynuować. Uczeni poszukają też sposobów wykorzystania społeczności drobnoustrojów ze żwacza w innych procesach przemysłowych. Chcą też w pełni scharakteryzować bakterie zjadające plastik obecne w płynie żwacza i określić, jakich konkretnych enzymów używają do rozkładania tworzyw sztucznych. Jeśli uda się zidentyfikować te enzymy, może to potencjalnie odmienić przetwarzanie odpadów z tworzyw sztucznych. Wyzwaniem będzie znalezienie enzymów rozkładających bardziej kłopotliwe produkty, jak polietylen czy polipropylen.
Źródło: Live Science, fot. Libreshot/ CC0 - Public Domain
