Czy bakterie mogą rozkładać plastik i zjadać nasze śmieci? Sprawdzamy

Ta opowieść zaczyna się w 2001 roku na wysypisku śmieci. Japońscy naukowcy (pod kierownictwem prof. Kohei Ody z Uniwersytetu Technologicznego w Kioto) poszukiwali tam bakterii, które mogłyby częściowo rozkładać plastiki, czyli tworzywa sztuczne. Celem poszukiwań był taki związek chemiczny produkowany przez bakterie, który mógłby zmiękczać tkaniny syntetyczne.

W tych poszukiwaniach nie było nic szczególnie dziwnego. Wysypiska to miejsca pełne bakterii, a większość mikrobów czerpie energię z rozkładania bardziej złożonych związków chemicznych na prostsze. Być może wśród nich ukrywają się takie, które pozwalają naruszyć syntetyczne włókna, sądzili badacze.

Naukowcy znaleźli na wysypisku szczep bakterii, który ich zadziwił. Nie naruszał plastików. Rozkładał je całkiem.

Dlaczego bakterie, które jedzą plastik zdziwiły naukowców

Żeby zrozumieć, co w tym zadziwiającego, trzeba wyjaśnić, czym są tworzywa sztuczne, popularnie zwane „plastikami”. Z chemicznego punktu widzenia są polimerami, czyli długimi łańcuchami takich samych związków chemicznych (zwanych “merami”). Na przykład polietylen składa się z połączonych ze sobą merów – cząstek etylenu, polistyren – styrenu. Kauczuk jest poliizoprenem, czyli tworzą go łańcuchy izoprenu.

Swoją trwałość tworzywa sztuczne zawdzięczają między innymi temu, że łańcuchy związków są dla bakterii za długie. Czasem zdarzają się mikroby, które mogą taki łańcuch przerwać (na to właśnie liczyli japońscy badacze), ale co do zasady są dla nich niestrawne.

[Przedtem znano tylko jeden szczep bakterii, odkryty w 1976 roku w ściekach japońskiej fabryki nylonu, który mógł rozkładać polikaprolaktam, czyli właśnie nylon. W 1995 roku wykazano też, że przy braku innego pożywienia mogą go też rozkładać bakterie z rodzaju Pseudomonas.]

Jest to też powód, dla którego tworzywa sztuczne są takim obciążeniem dla środowiska. Papier czy drewno są trawione przez bakterie i grzyby. Polimery trwają dziesiątki lat, póki nie naruszy ich słońce. Promieniowanie ultrafioletowe ma na tyle wysoką energię, że może rozrywać wiązania chemiczne, jest to jednak proces dość powolny.

Niewielkim pocieszeniem jest, że dzięki promieniom słońca znika co roku około 2 procent plastików pływających w oceanach – przybywa ich bowiem znacznie więcej.

380 milionów ton tworzyw sztucznych – tyle powstaje co roku

Odkrycie bakterii, które rozkładają tworzywo sztuczne, dało nadzieję na to, że ludzkość poradzi sobie jakoś z nawałem plastików, który bezustannie produkuje.

Co roku wytwarzamy 380 milionów ton tworzyw sztucznych, a ilość ta stale rośnie. Mniej więcej w początkach drugiej połowy tego stulecia ma się potroić. (Dla porównania warszawski Pałac Kultury waży około 100 tysięcy ton).

Ponownie przetwarzane jest w skali świata zaledwie 9 procent tworzyw sztucznych. Co dzieje się z pozostałymi 91 procentami? Cóż, tworzywa trafiają do spalarni i na wysypiska – ale w krajach zamożnych. W biednych większość plastików wyrzucana jest, gdzie popadnie.

Zalegają w ziemi, zaśmiecają rzeki, a z ich prądem trafiają do mórz i oceanów. Naukowcy szacują, że na całej Ziemi w środowisku zalega już 5 miliardów ton plastików.

Plastiki i mikroplastiki

Wiele mikroskopijnych fragmentów plastikowych śmieci unosi się z powietrzem i spada z deszczem. To głównie drobiny włókien sztucznych tkanin i ścieralnych warstw opon samochodów. Część z nich to fragmenty, które powstały po rozpadzie większych plastikowych śmieci.

Zwykle cząstki te mają między 15 a 250 mikrometrów, czyli są mniej więcej grubości ludzkiego włosa. Są znacznie większe niż cząsteczki pyłów, które zwykle mają poniżej 10 mikrometrów, jednak są tak lekkie, że wiatr unosi je znacznie dalej.

Drobiny mikroplastików odkrywano już nawet wysoko w Himalajach. Znajdowano je w wodzie pitnej i butelkowanej, sprzedawanej w sklepach soli morskiej i rybach.

Najmniejsze drobiny mogą przenikać z płuc i jelit do krwioobiegu. Nie wiadomo jednak, jaki mają wpływ na ludzki organizm. Naukowcy na razie nie są pewni, czy drobiny te nam szkodzą (a jeśli tak, to jak bardzo).

Jest jednak wiele badań wskazujących, że szkodzą nam drobiny pyłów ze smogu, więc robią to zapewne i mikroplastiki.

Dlaczego bakterie jeszcze nie zjadają naszych plastikowych śmieci

Skoro wiemy, że niektóre bakterie mogą rozkładać tworzywa sztuczne, czemu jeszcze nie wykorzystujemy mikrobów, by pozbyć się plastików?

Po pierwsze, od naukowego odkrycia do publikacji badań mija czasem sporo czasu. Dość powiedzieć, że od znalezienia bakterii rozkładających plastik na wysypisku do publikacji pracy naukowej minęło 15 lat (pracę opublikowano w roku 2016). Wynika to między innymi z tego, że pracę badawczą prowadzi zwykle niewielki zespół, a środki na badania są ograniczone.

Po drugie, nie jest to magiczna różdżka, która sprawia, że plastik znika natychmiast. Ideonella sakaiensis – bo tak nazwano mikroby rozkładające tworzywo sztuczne – dwucentymetrowy fragment plastiku o wadze zaledwie 0,2 grama rozkłada przez około siedem tygodni.

Po trzecie, odkryta przez japońskich badaczy bakteria produkuje enzym, który rozkłada tylko jeden rodzaj sztucznych tworzyw: PET, czyli poli(tereftalan etylenu). [Gdy nazwa cząstek związanych w łańcuch polimeru jest dwuczłonowa przedrostek poli- daje się przed nawiasem z nazwą. Podobnie jest z poli(chlorkiem winylu), czyli popularnym PCV).

PET to jedno z najczęściej wykorzystywanych tworzyw sztucznych, ale bynajmniej nie jedyne. Nie znamy jeszcze bakterii, które rozkładałyby polipropylen, polistyren, poli(chlorek winylu), ani inne tworzywa sztuczne.

Po ostatnie wreszcie, od pracy naukowej do powstania metody wykorzystującej odkrycie na skalę przemysłową mija zwykle całkiem sporo czasu. Zwykle są to przynajmniej dwie dekady.

Nauka to dość mozolny proces

Czy nie można jakoś ulepszyć metody, za pomocą której bakterie rozkładają PET? Sęk w tym, że to trudne.

Każda reakcja chemiczna zachodzi szybciej w wyższych temperaturach. Bakterii jednak nie można zbytnio podgrzać, bo zginą. Bakterie (oraz nasze organizmy) rozkładają duże związki chemiczne (na przykład łańcuchy skrobi i białek) za pomocą enzymów. Można z bakterii wyizolować enzym, który tworzywo sztuczne rozkłada, ale enzym sam jest białkiem. Zbyt wysoka temperatura również go rozłoży.

Naukowcy mają różne sposoby na jedno i drugie. Można hodować bakterie z nadzieją, że jakiś ich kolejny szczep okaże się (w wyniku mutacji) odporny na wyższe temperatury lub że będzie produkował odporny na nie enzym. (Za „sterowaną ewolucję” przyznano zresztą Frances Arnold Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2018 roku).

Można wreszcie bakterie zmieniać za pomocą inżynierii genetycznej. Jest to jednak dość żmudna praca. Dość powiedzieć, że bardziej wydajny enzym, który udało się uzyskać całkiem niedawno, bo w 2022 roku. Rozkłada PET wielokrotnie szybciej niż Ideonella sakaiensis i jest odporny na wysokie temperatury (do 70 stopni). Osiągnęła to Elisabeth Bell z Uniwersytetu w Manchesterze (w ramach pracy doktorskiej).

Zauważmy jednak, że udało się to dwie dekady po odkryciu tych mikrobów na wysypisku.

Polowanie na plastikożerne organizmy

Od 2021 roku francuska firma Carbios rozkłada PET za pomocą bakteryjnych enzymów. Choć 250 kilogramów dziennie wydaje się niewielką ilością, rocznie daje to ponad 90 ton. W ten sposób PET rozkładany jest na pojedyncze „cegiełki”, z których można znów stworzyć „łańcuch” polimeru, czyli tworzywo sztuczne.

Można więc powiedzieć, że jest to recycling taki, jak w przypadku szkła czy aluminium.

Naukowcy nie ustają w poszukiwaniach innych bakterii rozkładających inne plastikowe tworzywa sztuczne. W 2019 roku zespół z południowokoreańskich badaczy z Uniwersytetu Gwangju odkrył głęboko w glebie pod wysypiskiem śmieci bakterie Bacillus thuringiensis, które podejrzewają o to, że mogą rozkładać polietylen.

Być może zresztą przyszłością recyclingu plastików będą owady. W 2017 roku opisano, że larwy barciaka większego (zwanego motylicą) mogą rozkładać polietylen. Nieco wcześniej donoszono, że larwy mącznika młynarka rozkładają polistyren. Owady jednak nie robią tego tak dobrze, jak bakteryjne enzymy.

Naukowcy szacują, że istnieje kilkaset milionów – być może nawet miliard – różnych gatunków bakterii. Większości z nich nadal nie znamy. Nie jest wykluczone, że gdzieś w glebie lub na mokradłach ukrywa się jakiś gatunek, który będzie rozkładał tworzywa sztuczne wydajniej i szybciej.

Na razie możemy się tylko zastanawiać, jak zmniejszyć ilość produkowanego plastiku.

Cykl „SOBOTA PRAWDĘ CI POWIE” to propozycja OKO.press na pierwszy dzień weekendu. Znajdziecie tu fact-checkingi (z OKO-wym fałszometrem) zarówno z polityki polskiej, jak i ze świata, bo nie tylko u nas politycy i polityczki kłamią, kręcą, konfabulują. Cofniemy się też w przeszłość, bo kłamstwo towarzyszyło całym dziejom. Rozbrajamy mity i popularne złudzenia krążące po sieci i ludzkich umysłach. I piszemy o błędach poznawczych, które sprawiają, że jesteśmy bezbronni wobec kłamstw. Tylko czy naprawdę jesteśmy? Nad tym też się zastanowimy.