Świat tonie w syntetycznych odpadach, które będą się rozkładać przez tysiące lat. Chyba że wcześniej zajmą się nimi bakterie.

Położone na Atlantyku Morze Sargassowe to oceaniczne wysypisko śmieci – wraz z prądami morskimi napływają tu góry plastikowych odpadów. Naukowcy spodziewali się, że doprowadzi to do zagłady całego morskiego ekosystemu, jednak czekała ich niespodzianka. Mimo ciągłego napływu plastiku ilość odpadów w Morzu Sargassowym jest stała.

Gdzie znikają śmieci? Wszystko wskazuje na to, że pożerają je nowe, nieznane dotąd gatunki bakterii. Na te mikroby polują teraz naukowcy z całego świata.

Fast food w skali mikro

Pierwsi byli Japończycy, którzy już w roku 1975 w zbiornikach ze ściekami przemysłowymi znaleźli bakterie z rodzaju Flavobacterium, zdolne strawić niektóre związki powstające w procesie produkcji nylonu. Co w tym nadzwyczajnego? Otóż pokarm dla tych bakterii nie istniał przed 1935 r., bo wtedy właśnie wynaleziono nylon. A to oznacza, że mikroby zdążyły się przestawić na nową dietę w ciągu zaledwie 40 lat.

To zjawisko daje nadzieję na opanowanie zalewu syntetycznych odpadów, z jakim mamy do czynienia na całym świecie. W ciągu dnia dotykamy nawet setki przedmiotów wyprodukowanych z tworzyw sztucznych. Roczna globalna produkcja plastiku osiąga 260 mln ton. Tylko niewielki ułamek stanowią specjalnie zaprojektowane tworzywa ulegające biodegradacji (czyli rozpadowi pod wpływem działania mikrobów) czy oksydegradacji (tu kluczową rolę odgrywa tlen, a także ciepło i promieniowanie UV). Reszta wydawała się nie do ruszenia przez przyrodę i groziła nam zasypaniem planety śmieciami, które będą na niej zalegać przez tysiące lat.

A jednak mikroby okazały się – po raz kolejny – sprytniejsze od ludzi. Kiedy przymierają głodem, potrafią zmienić dietę. Wystarczy, by w nowym menu znalazły się związki będące źródłem tzw. pierwiastków biogennych, niezbędnych im do życia. Plastiki są typowymi związkami organicznymi, jednak większość organizmów nie potrafi ich trawić ze względu na ich komplikowaną strukturę, różniącą się od naturalnie występujących związków chemicznych. Jednak bakterie mnożą się, a więc i ewoluują w błyskawicznym tempie. Dla przykładu – w ciągu pięciu lat jedna komórka Escherichia coli może doczekać się potomstwa tak od niej różnego, jak hominidy sprzed 3 mln lat różnią się od współczesnych ludzi.

Dzięki przypadkowym mutacjom genetycznym przed tysiącami lat powstały bakterie zdolne do trawienia laktozy – mlecznego cukru, który przed udomowieniem bydła przez człowieka był niemal niedostępny dla mikrobów. Ten sam proces doprowadził do powstania współczesnych pożeraczy plastiku.

Hodowanie albo polowanie

Zainspirowani tym naturalnym wynalazkiem naukowcy postanowili wziąć sprawy we własne ręce. Sposób jest prosty – wystarczy zmuszać bakterie do przyśpieszonej ewolucji, serwując im jako jedyne dostępne źródło pokarmu tworzywa sztuczne. W ten sposób otrzymano już m.in. szczep pałeczki ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa), który – podobnie jak odkryta przez Japończyków Flavobacterium – potrafi dać sobie radę z syntetykami powstającymi w fabrykach nylonu.

Inni wolą poszukiwać naturalnych plastikożerców. Prof. Mark Osborn, specjalista od ekologii mikrobiologicznej z University of Hull, poluje na nich na zaśmieconych brytyjskich plażach. Wraz ze studentami znalazł tam m.in mikroby zdolne do rozkładania plastiku oraz związanych z nim szkodliwych substancji, takich jak bisfenol A (w skrócie BPA, podejrzewany o wywoływanie raka).

Z kolei Daniel Burd, licealista z Waterloo Collegiate Institute w Kanadzie, ze znalezionych na lokalnym wysypisku odpadów wyizolował plastikożerne bakterie z dwóch rodzajów – Sphingomonas i Pseudomonas. Nastoletnia Tseng I-Ching z Tajwanu może pochwalić się podobnym osiągnięciem. Badała chrząszcze z rodziny czarnuchowatych, które potrafią zjadać styropian, czyli polistyren, i w ich organizmach znalazła bakterie rozkładające to tworzywo. Natomiast studenci z Yale University w czasie ekspedycji naukowej do deszczowych lasów Ekwadoru natknęli się na grzyba Pestalotiopsis microspora, który radzi sobie z poliuretanem (stosowany m.in. w piankach montażowych, elastycznych tkaninach, podeszwach butów itd.).

„Możliwe, że każda kupka plastikowych śmieci na świecie jest ekosystemem, w którym żyją konsorcja mikroorganizmów, żywiących się tworzywami sztucznymi. Plastik jest dla nich jak szkielet rafy koralowej, którą mogą kolonizować. Szczególnie że jest bardziej trwały niż cokolwiek innego” – twierdzi dr Tracy Mincer z amerykańskiego Hole Oceanographic Institution.

Kamień filozoficzny biotechnologii

Mogłoby się wydawać, że rozwiązanie problemu śmieci leży w zasięgu ręki. Wystarczy nauczyć się, jak hodować pożyteczne mikroby na wielką skalę, a potem rzucić im góry plastikowych odpadów na pożarcie. W praktyce nie jest to jednak takie proste.

W 2009 roku Kevin O’Connor z University College Dublin skomercjalizował wyniki swoich badań, wprowadzając na rynek firmę Bioplastech. Miała ona zajmować się przetwarzaniem plastikowych odpadów i produkcją ich biodegradowalnych zamienników. Proces technologiczny wykorzystywał zmodyfikowane genetycznie mikroby, żywiące się olejem styrenowym, powstałym w wyniku podgrzania wszechobecnego polipropylenu (robi się z niego niemal wszystko, od rur i wykładzin po zabawki). Wewnątrz komórek bakteryjnych olej przemienia się w kwasy tłuszczowe, które są magazynowane, aż zajmą 60 proc. objętości komórki. Następnie mikroby uwalniają ten surowiec, z którego można wyprodukować nowy, biodegradowalny plastik. Niestety, firmie zaszkodził kryzys ekonomiczny – zabrakło pieniędzy na udoskonalenie technologii.

Naturalnie występujący plastikożercy mają jedną wadę – działają zbyt wolno. Dlatego trzeba wyhodować w laboratorium nowe, zmodyfikowane szczepy mikrobów, zdolne do szybkiego strawienia plastiku. Gdy to się uda, być może każdy z nas będzie miał przy domu niewielki „kompostownik”, który poradzi sobie z niemal każdym śmieciem. Na razie jednak nadal pozostaje nam segregowanie odpadów...

Pomyśleć że wiele z tych odpadów można by wykorzystać na różne sposoby. Obecnie mamy wiele metod, takich jak chociażby SLS https://cubicinch.pl/sls-selective-laser-sintering/, które można wykorzystywać po wcześniejszym recyklingu.