Использование бактерий для уничтожения пластикового загрязнения не ново. Но можно ли использовать те же микробы в качестве источника пищи?
21 августа 2024 г.
В 2019 году агентство Министерства обороны США опубликовало призыв к исследовательским проектам, чтобы помочь военным справиться с огромным количеством пластиковых отходов, образующихся, когда войска отправляются на работу в отдаленные районы или зоны стихийных бедствий. Агентство хотело создать систему, которая могла бы преобразовывать пищевые обертки и бутылки с водой, среди прочего, в пригодные для использования продукты, такие как топливо и пайки. Система должна была быть достаточно маленькой, чтобы поместиться в Humvee, и способной работать на небольшом количестве энергии. Она также должна была использовать силу микробов, поедающих пластик.
«Когда мы начали этот проект четыре года назад, идеи уже были. И в теории это имело смысл», — сказал Стивен Текманн, микробиолог из Мичиганского технологического университета, возглавляющий одну из трех исследовательских групп, получающих финансирование. Тем не менее, по его словам, в начале эта попытка «больше напоминала научную фантастику, чем что-то действительно работающее».
Эта неопределенность была ключевой. Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) поддерживает высокорисковые и высокодоходные проекты. Это означает, что есть большая вероятность того, что любые индивидуальные усилия закончатся неудачей. Но когда проект действительно успешен, у него есть потенциал стать настоящим научным прорывом. «Наша цель — перейти от недоверия, например: «Вы шутите. Что вы хотите сделать?», к «Знаете, это может быть действительно осуществимо», — сказал Леонард Тендер, менеджер программы в DARPA, который курирует проекты по пластиковым отходам.
Проблемы с производством и утилизацией пластика хорошо известны. По данным Программы ООН по окружающей среде, в мире ежегодно создается около 440 миллионов тонн пластиковых отходов. Большая их часть оказывается на свалках или в океане, где микропластик , пластиковые гранулы и пластиковые пакеты представляют угрозу для дикой природы. Многие правительства и эксперты сходятся во мнении, что решение проблемы потребует сокращения производства, а некоторые страны и штаты США дополнительно ввели политику поощрения переработки.
Ученые годами также экспериментировали с различными видами бактерий, поедающих пластик . Но DARPA использует несколько иной подход в поисках компактного и мобильного решения, которое использует пластик для создания чего-то совершенно иного: еды для людей.
Вначале эта попытка «больше напоминала научную фантастику, чем нечто реально работающее».
Цель, спешит добавить Тектманн, не в том, чтобы кормить людей пластиком. Скорее, надежда в том, что пожирающие пластик микробы в его организме сами окажутся пригодными для употребления человеком. Хотя Тектманн считает, что большая часть проекта будет готова через год или два, именно этот этап с едой может занять больше времени. Его команда в настоящее время проводит тестирование на токсичность, а затем они представят свои результаты в Управление по контролю за продуктами и лекарствами для рассмотрения. Даже если все пройдет гладко, нас ждет дополнительная проблема. Есть один фактор, который, по словам Тектманна, «который, я думаю, придется преодолеть».
Военные — не единственная организация, работающая над превращением микробов в пищу. От Кореи до Финляндии небольшое количество исследователей, а также некоторые компании изучают, смогут ли микроорганизмы когда-нибудь помочь прокормить растущее население мира.
По словам Тендера, призыв DARPA к подаче предложений был направлен на решение двух проблем одновременно. Во-первых, агентство надеялось снизить то, что он назвал уязвимостью цепочки поставок: во время войны военным необходимо доставлять грузы войскам в отдаленные районы, что создает риск для безопасности людей в транспортном средстве. Кроме того, агентство хотело прекратить использование опасных мусоросжигательных ям в качестве средства обращения с пластиковыми отходами. «Ответственное удаление этих отходов с этих участков — это огромная помощь», — сказал Тендер.
Система Michigan Tech начинается с механического измельчителя, который измельчает пластик до мелких осколков, которые затем попадают в реактор, где они замачиваются в гидроксиде аммония при высокой температуре. Некоторые виды пластика, такие как ПЭТ, который обычно используется для изготовления одноразовых бутылок для воды, на этом этапе распадаются. Другие виды пластика, используемые в военной упаковке пищевых продуктов, а именно полиэтилен и полипропилен, передаются в другой реактор, где они подвергаются гораздо более высокой температуре и отсутствию кислорода.
В этих условиях полиэтилен и полипропилен преобразуются в соединения, которые могут быть переработаны в топливо и смазочные материалы. Дэвид Шоннард, инженер-химик из Мичиганского технологического института, который курировал этот компонент проекта, создал стартап под названием Resurgent Innovation для коммерциализации части технологии. (Другие члены исследовательской группы, сказал Шоннард, стремятся получить дополнительные патенты, связанные с другими частями системы.)
После того, как ПЭТ разлагается в гидроксиде аммония, жидкость перемещается в другой реактор, где ее потребляет колония микробов. Сначала Текманн думал, что ему нужно будет отправиться в сильно загрязненную среду, чтобы найти бактерии, способные разлагать разобранный пластик. Но, как оказалось, бактерии из компостных куч справились с этой задачей очень хорошо. По его словам, это может быть связано с тем, что разобранный пластик, поступающий в реактор, имеет молекулярную структуру, схожую с некоторыми соединениями растительного материала. Поэтому бактерии, которые в противном случае ели бы растения, возможно, вместо этого могут черпать энергию из пластика.
По словам Тектманна, после того как бактерии потребляют пластик, микробы высушиваются в порошок, который по запаху немного напоминает пищевые дрожжи и содержит сбалансированное количество жиров, углеводов и белков.
Исследования съедобных микроорганизмов ведутся не менее 60 лет, но объем доказательств решительно невелик. (В одном обзоре подсчитано, что с 1961 года в среднем публиковалось семь статей в год.) Тем не менее, исследователи в этой области говорят, что у стран есть веские причины рассматривать микробов как источник пищи. Помимо прочего, они богаты белком, написал Сан Ёп Ли, биоинженер и старший вице-президент по исследованиям Корейского передового института науки и технологий, в электронном письме Undark. Ли и другие отметили, что выращивание микробов требует меньше земли и воды, чем традиционное сельское хозяйство. Поэтому они могут оказаться более устойчивым источником питания, особенно по мере роста численности населения.
Ли просмотрел статью , описывающую микробную часть проекта Мичиганского технологического института, и сказал, что планы группы осуществимы. Но он указал на существенную проблему: на данный момент только определенные микроорганизмы считаются безопасными для употребления в пищу, а именно «те, которые мы едим с ферментированной пищей и напитками, например, молочнокислые бактерии, бациллы, некоторые дрожжи». Но они не разлагают пластик.
Прежде чем использовать микробов, поедающих пластик, в качестве пищи для людей, исследовательская группа представит регулирующим органам доказательства, указывающие на безопасность вещества. Джошуа Пирс, инженер-электрик из Западного университета в Онтарио, Канада, провел первоначальный токсикологический скрининг, разбив микробы на более мелкие части, которые они сравнили с известными токсинами.
«Мы почти уверены, что там нет ничего плохого», — сказал Пирс. Он добавил, что микробы также были скармливаны круглым червям C. elegans без видимых вредных последствий, и в настоящее время команда изучает, как ведут себя крысы, потребляя микробы в долгосрочной перспективе. Если крысы будут чувствовать себя хорошо, то следующим шагом будет отправка данных в Управление по контролю за продуктами и лекарствами для рассмотрения.
Прежде чем использовать микробов, поедающих пластик, в качестве пищи для людей, исследовательская группа представит регулирующим органам доказательства, подтверждающие безопасность этого вещества.
По крайней мере, несколько компаний находятся на разных стадиях коммерциализации новых разновидностей съедобных микробов. Например, финский стартап Solar Foods взял бактерию, встречающуюся в природе, и создал порошкообразный продукт горчично-коричневого оттенка, который был одобрен для использования в Сингапуре. В электронном письме Undark главный специалист по опыту Лаура Синисало сообщила, что компания подала заявку на одобрение в ЕС и Великобритании, а также в США, где она надеется выйти на рынок к концу этого года.
Даже если микробы, питающиеся пластиком, окажутся безопасными для потребления человеком, сказал Тектманн, общественность все равно может отказаться от перспективы употребления в пищу чего-либо, питающегося пластиковыми отходами. По этой причине, сказал он, эта конкретная группа микробов может оказаться наиболее полезной на удаленных военных базах или во время ликвидации последствий стихийных бедствий, где ее можно будет потреблять в течение короткого времени, чтобы помочь людям выжить.
«Я думаю, что фактор нездоровья вызывает меньше беспокойства, — сказал Текманн, — если бы речь шла просто о том, что «это поможет мне прожить еще день или два».