U današnje vrijeme, kad se suočavamo s velikim izazovima zagađenja okoliša, osobito plastičnim otpadom, otkrića o sposobnosti određenih bakterija da razgrađuju plastiku predstavljaju značajan napredak. Skupina bakterija poznata kao Comamonadacae dospjela je u središte pažnje istraživača zbog svoje sposobnosti da raste na plastikama koje se nalaze u urbanim rijekama i sustavima otpadnih voda. Do nedavno je ostajalo nejasno kako ove bakterije zapravo djeluju i kakav utjecaj imaju na razgradnju plastike.

Tim istraživača s Northwestern Sveučilišta otkrio je mehanizme pomoću kojih Comamonas bakterije razgrađuju plastiku za prehranu. U prvom koraku, bakterije usitnjavaju plastiku na male komadiće, poznate kao nanoplastika, a zatim izlučuju specijalizirani enzim koji dodatno razgrađuje tu plastiku. Ovaj proces završava kada bakterije iskoriste prsten ugljikovih atoma iz plastike kao izvor hrane. Prema riječima Ludmille Aristilde, koja je vodila studiju objavljenu u časopisu Environmental Science & Technology, ovo otkriće predstavlja prvi sustavni prikaz kako bakterija iz otpadnih voda može uzeti plastični materijal, degradirati ga, razbiti i koristiti kao izvor ugljika.

Ova saznanja otvaraju vrata novim mogućnostima za razvoj rješenja temeljenih na bakterijama koja bi mogla pomoći u čišćenju teško uklonjivog plastičnog otpada, koji ne samo da zagađuje vodu, nego također šteti i divljim životinjama. Razumijevanje ovih mehanizama omogućit će razvoj bioinženjerskih rješenja koja bi mogla značajno utjecati na sanaciju okoliša.

Istraživački tim

Profesorica Ludmilla Aristilde specijalizirana je za dinamiku organskih tvari u okolišu i radi na McCormick School of Engineering. Ona je također članica nekoliko institucija, uključujući Centar za sintetičku biologiju i Međunarodni institut za nanotehnologiju. Suautori studije uključuju Rebeccu Wilkes, bivšu doktorandicu u Aristildinom laboratoriju, te Nanqing Zhou, trenutnog postdoktorski suradnika. Ova studija također je rezultat suradnje s više bivših i trenutnih studenata koji su radili u Aristildinom timu.

Problem zagađenja plastikom

Ova nova studija temelji se na prethodnim istraživanjima koja su razotkrila mehanizme koji omogućavaju Comamonas testosteroni da metaboliziraju jednostavne ugljike generirane razgradnjom biljaka i plastike. C. testosteroni raste na poli(etilen tereftalatu) (PET), vrsti plastike koja se često koristi u ambalaži hrane i bocama za piće. PET je poznat po svojoj otpornosti na razgradnju, što ga čini značajnim faktorom zagađenja plastikom.

Prema Aristilde, plastika PET čini oko 12% ukupne globalne potrošnje plastike i odgovorna je za čak 50% mikroplastike koja se nalazi u otpadnim vodama. Stoga je istraživanje ovih bakterija od iznimne važnosti za razumijevanje i rješavanje problema plastičnog zagađenja.

Prirodna sposobnost razgradnje plastike

Da bi bolje razumjeli interakciju C. testosteroni s plastikom, Aristilde i njen tim primijenili su razne teorijske i eksperimentalne pristupe. Prvo su uzgajali bakterije na PET filmovima i peletima te su promatrali promjene na površini plastičnog materijala tijekom vremena. Osim toga, analizirali su vodu oko bakterija tražeći dokaze o razgrađenoj plastici u manjim nano veličinama. Istraživači su također proučili unutrašnjost bakterija kako bi identificirali alate koje koriste za razgradnju PET-a.

U prisutnosti bakterija, mikroplastika se razgrađuje na sitne nanočestice, a istraživači su otkrili da ova bakterija posjeduje prirodnu sposobnost razgradnje plastike sve do monomera, malih gradivnih blokova koji se spajaju u polimere. Ovi mali sastojci predstavljaju izvor bioavailable ugljika koji bakterije mogu iskoristiti za vlastiti rast i razvoj.

Ključni enzim

Aristilde je također bila zainteresirana za istraživanje načina na koji C. testosteroni razgrađuje plastiku. Korištenjem omičkih tehnika, koje omogućuju mjerenje svih enzima unutar stanice, njen tim je identificirao specifičan enzim koji se aktivira kada bakterija dođe u kontakt s PET plastikom. U suradnji s Oak Ridge National Laboratory u Tennesseeju, istraživači su razvili bakterijske stanice bez mogućnosti izražavanja ovog enzima. Iznenađujuće, bez tog enzima, sposobnost bakterija za razgradnju plastike značajno je smanjena.

Kako plastika mijenja u vodi

Osim što se ovo otkriće može iskoristiti za ekološka rješenja, Aristilde naglašava i važnost razumijevanja promjena koje plastika prolazi u otpadnim vodama. Otpadne vode predstavljaju veliki rezervoar mikroplastike i nanoplastike, a većina ljudi misli da ove čestice ulaze u sustave za pročišćavanje u svom konačnom obliku. Međutim, istraživanje pokazuje da se nanoplastika može formirati tijekom procesa pročišćavanja otpadnih voda kroz mikrobiološku aktivnost.

Ova saznanja mogu pomoći u boljem razumijevanju ponašanja plastike dok se kreće od otpadnih voda do rijeka i jezera. Važno je pratiti kako se plastika razvija u tim sustavima kako bi se razvile strategije za njeno uklanjanje i smanjenje utjecaja na okoliš.

Izvor: Northwestern University