Mokslininkai atrado mikroorganizmų, galinčių skaidyti sunkiai suyrančias medžiagas

Plastikinis butelis šiukšliadėžėje gali atrodyti kaip menka kasdienybės detalė. Tačiau po kelių minučių, kai jis išmetamas, prasideda procesas, kurio trukmę sunku suvokti – medžiaga aplinkoje gali išlikti dešimtmečius ar net šimtmečius. Panašiai elgiasi ir sintetiniai tekstilės pluoštai, pramoniniai teršalai bei kai kurios cheminės medžiagos, kurių įprasti gamtiniai procesai beveik neįveikia. Dabar mokslininkai vis dažniau žvalgosi ne į naujus deginimo įrenginius ar sudėtingesnes rūšiavimo linijas, o į tai, kas nematoma plika akimi.

Gamta slepia netikėtus „perdirbėjus“

Mikroorganizmai – bakterijos, grybeliai ir vienaląsčiai organizmai – milijonus metų skaidė organines medžiagas. Jie skaido augalų liekanas, negyvus organizmus, naftos junginius ir kitus natūralioje aplinkoje atsirandančius cheminius junginius. Tačiau žmogaus sukurti plastikai bei sintetinės medžiagos gamtoje atsirado palyginti neseniai, todėl ilgą laiką atrodė, kad dauguma mikroorganizmų jų tiesiog nesugeba panaudoti.

Situacija keičiasi. Tyrėjai ima aptikti bakterijų ir grybelių, kurie dėl savo fermentų gali ardyti kai kurių sunkiai suyrančių medžiagų chemines jungtis. Tokie mikroorganizmai randami labai skirtingose vietose: sąvartynuose, nuotekų valymo įrenginiuose, užterštame dirvožemyje, kompostavimo aikštelėse ar net plastiko atliekomis apaugusiuose vandens telkiniuose.

Mokslininkai mano, kad ilgainiui mikroorganizmai prisitaiko prie neįprastos aplinkos. Tie, kurie atsitiktinai įgyja fermentus, galinčius suskaidyti naujus junginius, gali išlikti ir daugintis. Šis natūralus procesas vyksta lėtai, tačiau laboratorijose jį galima tirti, stiprinti ir pritaikyti praktiniams poreikiams.

Plastiko molekulės ne visada lieka neįveikiamos

Vienas dažniausiai minimų pavyzdžių – bakterija Ideonella sakaiensis, aptikta Japonijoje prie plastiko atliekų perdirbimo įmonės. Ji gali naudoti polietileno tereftalatą, geriau žinomą kaip PET, kuris naudojamas gėrimų buteliams ir kai kurioms pakuotėms gaminti. Bakterija išskiria fermentus, ardančius PET į mažesnes sudedamąsias dalis, kurias vėliau gali panaudoti savo medžiagų apykaitai.

Šis atradimas mokslininkams buvo svarbus ne todėl, kad viena bakterija staiga išsprendė plastiko atliekų problemą. Reikšmė slypi kitur: jis parodė, kad net labai stabilios sintetinės medžiagos gali tapti mikroorganizmų fermentų taikiniu. Vėlesniuose tyrimuose mokslininkai bandė šiuos fermentus pakeisti taip, kad jie veiktų greičiau, žemesnėje temperatūroje ir būtų tinkamesni pramoniniams procesams.

Tiriami ne tik PET plastikai. Kai kurie grybeliai ir bakterijos gali skaidyti poliuretaną – medžiagą, naudojamą baldų porolono, avalynės, dangų ir izoliacinių gaminių gamyboje. Kiti mikroorganizmai geba ardyti naftos junginius, dažiklius, pesticidus ar tekstilės pramonėje naudojamas chemines medžiagas.

Vis dėlto „skaidyti“ nereiškia, kad medžiaga išnyksta akimirksniu. Laboratorijoje mikroorganizmas gali veikti sėkmingai, tačiau tikroje aplinkoje jam tenka konkuruoti su kitomis rūšimis, prisitaikyti prie temperatūros, drėgmės, rūgštingumo ir kitų sąlygų.

Nuo laboratorinio mėginio iki atliekų perdirbimo

Didžiausias iššūkis dabar – atradimus perkelti už laboratorijos ribų. Eksperimente pakanka parinkti tinkamą temperatūrą, terpę ir medžiagos koncentraciją. Pramonėje tenka apdoroti didžiulius atliekų kiekius, užtikrinti proceso saugumą ir pasirūpinti, kad galutiniai skilimo produktai nebūtų dar pavojingesni.

Vienas iš perspektyvių kelių – naudoti ne pačius mikroorganizmus, o jų gaminamus fermentus. Tokiu atveju galima tiksliau kontroliuoti procesą, sumažinti biologinės taršos riziką ir pritaikyti fermentus konkrečiai medžiagai. Tyrėjai taip pat kuria mišrias mikroorganizmų bendrijas, kuriose skirtingos rūšys atlieka atskirus darbo etapus: viena suskaido didelę molekulę, kita panaudoja susidariusius junginius.

Kita kryptis – genetinis mikroorganizmų tobulinimas. Laboratorijose keičiami fermentus koduojantys genai, siekiant padidinti jų aktyvumą arba atsparumą nepalankioms sąlygoms. Tačiau tokie sprendimai kelia ir biologinio saugumo klausimų. Prieš naudojant genetiškai pakeistus organizmus atviroje aplinkoje, būtina įvertinti, ar jie negalėtų išplisti, išstumti vietinių rūšių ar sukelti kitų nenumatytų padarinių.

Atrastas gebėjimas nepanaikina atliekų problemos

Mikroorganizmų taikymas gali tapti svarbia žiedinės ekonomikos dalimi, tačiau jis nepakeis atliekų mažinimo, pakartotinio naudojimo ir rūšiavimo. Net efektyviausias fermentas negali išspręsti problemos, jei įvairios medžiagos sumaišomos, užteršiamos maisto likučiais ar patenka į aplinką nekontroliuojamai.

Be to, biologinis skaidymas dažnai veikia tik tam tikromis sąlygomis. Reikia iš anksto atskirti atliekas, susmulkinti medžiagą, palaikyti tinkamą drėgmę ir temperatūrą. Kai kurių plastikų atveju fermentai ardo tik vieną polimero dalį, o priedai, dažikliai ir kitos sudedamosios medžiagos lieka nepakitusios.

Todėl mokslininkai atsargiai vertina pažadus apie „plastiką valgančius“ mikrobus. Šis apibūdinimas patrauklus žiniasklaidai, tačiau tikrovė gerokai sudėtingesnė. Mikroorganizmai gali padėti atgauti vertingas žaliavas, sumažinti tam tikrų atliekų kiekį ir išvalyti užterštas teritorijas, bet tam reikės suderinti biologiją, chemijos inžineriją ir atsakingą atliekų tvarkymą.

Mažyčiai organizmai, ilgą laiką laikyti vien nematoma gamtos dalimi, gali tapti svarbiais pagalbininkais sprendžiant vieną didžiausių šiuolaikinės visuomenės iššūkių. Tačiau tikrasis jų potencialas paaiškės ne tada, kai laboratorijoje bus gautas įspūdingas rezultatas, o tuomet, kai jis saugiai ir ekonomiškai veiks ten, kur šiandien kaupiasi sunkiai suyrančios atliekos.