Страна отходов. Как мусор захватил Россию и можно ли ее спасти - Андрей Сергеевич Яковлев

кафедры МГУ – они эффективно разрушают разные полимеры (среди них хитин, лигнин, целлюлоза и птичьи перья). А вторая группа ученых ездила за микробами в экспедиции к термальным источникам, то есть гейзерам. Там живут бактерии, которые приспособлены к жизни в экстремальных условиях: высокие температуры, давление и мало еды. Вдобавок в этих местах либо очень кисло, либо солено. Такие бактерии могут жить при температуре выше 100 градусов. Выбрали именно их, потому что в такой суровой среде часто живут микроорганизмы с мощными разрушающими ферментами. И раз бактерии разрушают разные вещества, то, возможно, их получится «натравить» и на пластик.

«Природа великолепно создает новые вирусы и бактерии, причем не просто так, а под конкретную задачу. Все бактерии в природе пытаются специализироваться. Например, хорошая специализация для бактерий – жрать что ни попадя. Другая стратегия – разрушать сложные вещества, – рассказывает Иван Бубнов. – Мы же ищем бактерии, которые вырабатывают не то чтобы универсальные ферменты, но такие, которые позволяют ломать много разных субстратов. И мы рассчитываем, что именно в экстремальных местах нам удастся найти таких мощных ребят».

Бактерии брали вместе с илом, в котором они жили, поэтому какое-то время бактерии продолжают питаться илом и в пробирке. При этом ученые не знают, какие точно бактерии содержатся в том или ином гейзере – возможно, там есть такие, которые не известны человечеству в принципе. Какие-то взяли из ила при температуре 50 градусов, какие-то при температуре 65 градусов, 80 и так далее. Отличались они и средой обитания: она могла быть щелочной, морской или нейтральной. Бактериям из гейзеров предложили на выбор семь видов пластика: каждого примерно по сантиметру в отдельной пробирке. Иван лично подготовил около 200 пробирок с разными бактериями. По сути, задача ученых заключается в том, чтобы среди всех проб «поймать» ту самую бактерию, которая быстро и охотно будет есть пластик. Иван называет себя и коллег охотниками за микробами.

Бактерии для него – это нечто наподобие магии. «Микроорганизмы населяют вообще все, включая нас. И взаимодействуют они со всем живым на Земле и со всем неживым. Причем крутят они материей как хотят. Практически вся материя, которую мы с вами видим, получилась под воздействием этих самых микроорганизмов. Проходят эпохи, меняются континенты, а в основе всего лежат эти же маленькие ребята и потихонечку всем управляют, всеми биогеохимическими циклами и превращением веществ друг в друга. Меня это вдохновляет», – рассказывает Иван. Однако сейчас он не может полноценно заниматься наукой: зарплата ученого на кафедре приносит около 20 тысяч рублей в месяц, а раньше и вовсе девять тысяч. Чтобы выжить, Иван много занимается репетиторством: готовит школьников к ЕГЭ по биологии.

Бактерии ели пластик в течение полутора лет, по завершении этого периода у ученых возникла проблема с тем, как оценить их эффективность. Можно посмотреть, изменилась ли прочность пластика, пытаясь его разорвать. Или проверить молекулярный вес пластика, который может показать, что в его структуре были длинные соединения молекул, а стали короткие. (Однако в этом случае есть шанс, что бактерии не полноценно перерабатывают пластик, а просто дробят его на куски, образовывая микропластик. Также в пластик часто добавляют разные добавки, и есть риск, что бактерии съели именно их в первую очередь, а не сам пластик.) Еще можно выяснить, появились ли следы окисления в пробирке (окисление – один из способов, которым бактерии могут разрушать пластик). Или же попытаться оценить эффективность ферментов бактерий. Как сделать лучше, пока не решили.

Когда через пять месяцев после начала эксперимента ученые посмотрели на пластик в микроскоп, оказалось, что он уже поменял структуру. «Поверхность одного из образцов – пластика ПВХ от обложки школьной тетрадки, который не подвергался воздействию микроорганизмов, – плоская, а у такого же пластика, который ели бактерии, – волнистая, – рассказывает Иван. – Я сперва думал, что это налет. Но физики-химики сразу сказали, что бактерии съели аморфное вещество». Иными словами, они съели верхний слой пластика, который «плохо закреплен». Однако непонятно, смогут ли бактерии съесть оставшийся пластик и что все-таки они делают: полностью перерабатывают пластик или просто расщепляют его на мелкие кусочки?

Положительные результаты, по оценке Ивана, удастся получить в 2022 году. К этому времени из нескольких поставленных проб выберут две-три бактерии, с которыми и будут дальше работать. Но в целом Иван сомневается, что они найдут волшебную бактерию, которая будет охотно есть пластик. «Если экосистема до сих пор не сформировала способ перерабатывать пластик, то, может быть, такого способа и не существует». Ученый говорит, что, по идее, как только пластика становится много и он становится для бактерий хорошим источником питательных веществ, они должны его охотно поедать. Но этого почему-то не происходит. Может быть, нужные бактерии живут в сверхэкстремальнах условиях, а может быть, их нужно брать в местах, где давно лежат завалы пластика. Существует теория, согласно которой рано или поздно в таких местах появится жизнь, поддерживающая себя за счет пластика.

Японские ученые, к примеру, взяли для изучения микроорганизмы из грязи возле завода по переработке ПЭТ-бутылок. Оказалось, что эти бактерии едят пластик до конца – больше так не делают никакие из известных человечеству бактерий. В 2016 году японские биологи выявили штамм этой бактерии – Ideonella sakaiensis. Оказалось, что Ideonella sakaiensis производит особые ферменты, которые ученые назвали ПЭТаза и МЭТаза. Благодаря им пластик распадается на две менее токсичные части: терефталевую кислоту и спирт этиленгликоль, который используют в антифризе для машин.

Ученые говорят, что уникальных ферментов ПЭТаза и МЭТаза нет у других бактерий – родственников Ideonella sakaiensis. Это может означать, что фермент возник в результате эволюции – бактерии научились есть и перерабатывать мусор. Однако и эти микроорганизмы съедают пластик очень медленно: тонкую пластиковую пленку при оптимальной температуре в 29 градусов они съели за шесть недель.

Ускорить их работу пытались ученые по всему миру, и в 2018 году это получилось у исследователей из Портсмутского университета. Они изучали структуру фермента, чтобы выяснить, как именно он расщепляет полимерный пластик на мономеры [99]. Стороннему человеку трудно будет расщепить и переварить ту информацию, что изложена в научной статье исследователей из Портсмута, – отмечу лишь, что им удалось создать новую искусственную ПЭТазу, которая позволяла есть пластик на 20 % эффективнее. Вдобавок выведенный фермент мог разрушать не только ПЭТ, но и другой полимер – полиэтилен 2,5-фурандикарбоксилат (ПЭФ), который часто называют пластиком нового поколения: он лучше перерабатывается, оставляет меньший углеродный след и может стать заменой ПЭТ в будущем.

Но это все равно слишком медленно. И даже если Иван