Учёные из Новгородского государственного университета совместно с коллегами из МГУ им. М.В. Ломоносова и Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН изучили бактерии, которые обитают в Баренцевом море на пластиковых отходах. Выяснилось, что многие микроорганизмы не только живут на пластике, но и питаются им. Учёные идентифицировали их и обнаружили как известные для этого региона штаммы, так и один новый вид. Исследование в перспективе может помочь в борьбе с пластиковым загрязнением Арктики.
Загрязнение пластиком — огромная проблема, которая давно вышла за пределы больших городов и прибрежных вод, и уже достигла самых удалённых регионов планеты, включая западные части Северного Ледовитого океана. Пластиковый мусор приносят сюда течения из Северной Атлантики. Он также попадает в арктические воды с отходами судоходства и рыбной ловли, развитыми в этом регионе.
По оценкам учёных, количество макропластика в поверхностных водах Баренцева моря может достигать 650 тысяч частиц на квадратный километр. По их мнению, помочь решить эту проблему могут микроорганизмы. Способность некоторых бактерий питаться пластиком уже стала основной для биотехнологического метода переработки пластикового мусора — биокомпостирования.
Авторы выделили бактериальные культуры из нароста (пластисферы), который они образовали на морских пластиковых отходах (ПЭТ — полиэтилентерефталате, полиэтилене, полипропилене и полистироле). Образцы собирали в прибрежной зоне отливов и приливов в районе двух губ Баренцева моря — Зеленецкой и Подпахты, а также в Кольском заливе, во время летних экспедиций в 2021-2023 годах.
Смыв бактерии с пластика, учёные поместили их на специальную питательную минеральную среду, которая не содержала органики. Единственный источником углерода и энергии для микроорганизмов в этой среде служил один из типов пластика, добавленный в виде порошка, волокон или эмульсии. Таким образом учёные проверяли бактерии на «вкусовые предпочтения» — если колония начинала расти, значит, она могла использовать пластик в пищу. Критериями способности бактерий разлагать пластик также выступали: снижение его массы во время культивирования на нем микроорганизмов, визуальные повреждения поверхности пластика — так называемая биоэрозия, а также отсутствие роста бактерий в среде, не содержащей пластик.
Чтобы установить, как именно бактерии разрушают отходы — увидеть повреждения молекулярной структуры пластика — авторы использовали метод инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (ИК-Фурье). Он позволяет оценить состояние химических связей внутри молекулы, как бы снимая с неё «отпечатки пальцев» — спектральные пики. Сравнив такие пики у нетронутого пластика и того, на котором в течение минимум 40 суток жили бактерии, учёные смогли увидеть характер изменений структуры молекул. Часть пластика была «изъедена» микроорганизмами — химические связи в таких образцах были повреждены.
Третьим этапом работы стало определение видов микроорганизмов, которые питались пластиком. Для этого учёные расшифровали у каждого штамма участок гена16S рРНК, анализ последовательности которого позволяет определить принадлежность культуры с точностью до рода. В итоге было выделено девять культур микроорганизмов. Пять из них оказались «жителями» ПЭТ, две — полиэтилена и по одной — полипропилена и полистирола. Семь из девяти культур успешно прошли тест на питание пластиком. Таким образом учёные показали, что эти виды могут использовать его как единственный источник пищи.
При этом часть культур оказались известными учёным — бактерии родов Rhodococcus, Pseudomonas, Pseudoalteromonas, Rhodopirellula. Такие микроорганизмы уже находили в пластисферах Арктического региона. Новичком стала бактерия Persicitalea sp. — её впервые идентифицировали в наростах на пластике в арктических морях.
По словам учёных, пока изучение процессов биодеструкции пластика находится на начальном этапе изучения. Следующий шаг — понимание возможностей использования бактерий для разрушения пластиковых отходов в технологических схемах.
