Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) впервые создали искусственную бактериальную среду, имитирующую кишечник червей вида Zophobas atratus, которые способны переваривать пластик.
Кормя червей пластиком и культивируя микробы, обнаруженные в их кишечнике, исследователи продемонстрировали новый метод ускорения биоразложения пластика.
Предыдущие исследования показали, что червь Zophobas atratus — личинки чернотелки, обычно продаваемые в качестве корма для домашних животных и известные как «суперчерви» из-за своей питательной ценности — могут выжить на диете из пластика, поскольку в его кишечнике содержатся бактерии, способные расщеплять обычные вещества. виды пластика. Однако их использование в переработке пластмасс было непрактичным из-за медленной скорости кормления и строгости содержания червей.
Ученые NTU теперь продемонстрировали способ преодолеть эти проблемы, изолировав бактерии кишечника червя и используя их для выполнения работы без необходимости крупномасштабного разведения червей.
Доцент NTU Цао Бинь из Школы Центральной и Восточной Европы, главный исследователь SCELSE, сказал: «Один червь может съесть всего лишь пару миллиграммов пластика за свою жизнь, поэтому представьте себе, сколько червей нам понадобится, если мы положитесь на них в переработке наших пластиковых отходов.
«Наш метод устраняет эту необходимость, удаляя червя из уравнения. Мы концентрируемся на увеличении количества полезных микробов в кишечнике червя и создании искусственной «кишки червя», которая может эффективно расщеплять пластик».
Создание искусственной кишки червя
Чтобы разработать свой метод, ученые кормили три группы суперчервей различными пластиковыми кормами — полиэтиленом высокой плотности (ПЭВП), полипропиленом (ПП) и полистиролом (ПС) — в течение 30 дней. Контрольную группу кормили овсянкой.
Ученые выбрали именно этот пластик, поскольку он является одним из самых распространенных пластиков в мире и используется в повседневных предметах, таких как коробки для еды и бутылки для моющих средств. HDPE — это тип пластика, известный своей высокой ударопрочностью, поэтому его трудно сломать.
Накормив червей пластиком, ученые извлекли микробиомы из их кишечника и инкубировали их в колбах, содержащих синтетические питательные вещества и различные виды пластика, образуя «искусственный кишечник червя». В течение шести недель микробиомы оставляли расти в колбах при комнатной температуре.
Увеличение количества бактерий, разлагающих пластик
Ученые обнаружили, что по сравнению с контрольной группой в колбах, содержащих кишечные микробиомы червей, питавшихся пластиком, наблюдалось значительное увеличение количества бактерий, разлагающих пластик.
Кроме того, микробные сообщества, колонизирующие пластик в колбах, были проще и более приспособлены к конкретному типу пластика, чем микробы, обнаруженные на пластике, который скармливали червям непосредственно. Когда микробные сообщества становятся проще и ориентированы на определенный тип пластика, это означает возможность более эффективного разложения пластика при его использовании в реальных условиях.
Первый автор исследования доктор Лю Инань, научный сотрудник Школы Центральной и Восточной Европы и SCELSE, сказал: «Наше исследование представляет собой первую успешную попытку создать связанные с пластиком бактериальные сообщества из микробиомов кишечника червей, питающихся пластиком. Приспособив микробиомы кишечника к конкретным условиям, мы смогли увеличить количество бактерий, разлагающих пластик, присутствующих в нашей искусственной кишке червя, что позволяет предположить, что наш метод стабилен и может быть воспроизведен в масштабе».
Исследователи говорят, что их доказательство концепции закладывает основу для разработки биотехнологических подходов, которые используют микробиомы кишечника червей для переработки пластиковых отходов.
Для своих следующих шагов исследователи хотят понять, как бактерии в кишечнике суперчервя расщепляют пластик на молекулярном уровне. Понимание этого механизма поможет ученым создать бактериальные сообщества, разлагающие пластик, чтобы эффективно расщеплять пластик в будущем.