A biológusok egy olyan új enzimet azonosítottak, amely nemcsak a modern, növényi alapú bioműanyagokat képes lebontani, hanem az antibiotikumokat is semlegesíti. A felfedezés mérföldkő a műanyagszennyezés és az antibiotikum-rezisztencia kutatásában.

A Konstanzi Egyetem kutatói, Dr. Harry Lerner vezetésével megvizsgálták, hogyan működnek a bioműanyagokat lebontó baktériumok az új generációs, növényi olajokból származó hosszú láncú alifás poliészterek (LCAP) feldolgozása során. A vizsgálat során egy egészen meglepő kettős hatásra derült fény, amely a műanyagszennyezés egészségügyi és ökológiai kockázatait is új megvilágításba helyezi.

A kutatás módszertana és a bioműanyagokat lebontó baktériumok élőhelye

A kutatócsoport több mint egy éven keresztül, mintegy 10 centiméteres mélységben, az egyetem botanikus kertjének erdei humuszrétegében ásott el biológiailag lebomló LCAP műanyagcsíkokat. Ez a réteg ad otthont a cellulóz és más természetes polimerek, például a növényi alapú kutin lebontásának is. A vizsgálati időszak elteltével készített mikroszkópos felvételeken apró, baktérium alakú gödröcskék voltak láthatók a műanyag felületén, ami bizonyította, hogy a mikrobák elkezdték „felfalni” és lebontani az anyagot.

Az LCPH1 enzim felfedezése: a „Pac-Man” alakzat

A műanyagon tenyésző talajmikrobák DNS-ének szekvenálásával a tudósok azonosítottak egy bakteriális enzimet, amelyet LCPH1-nek neveztek el. A szerkezeti modellezés kimutatta, hogy az enzim szokatlanul széles, nyitott aktív hellyel rendelkezik – amelyet a kutatók a „Pac-Man” formájához hasonlítottak. Ennek köszönhetően képes megragadni mind a műanyagszálakat, mind az antibiotikum-molekulákat.

Az enzim működése során darabokra bontja a bioműanyagot, emellett pedig elpusztítja a penicillint és az ampicillint is, megfosztva a gyógyszereket a baktériumok elpusztítására való képességüktől. Dr. Lerner magyarázata szerint az enzim szerkezete az észterázokhoz, valamint a béta-laktamázokhoz is hasonlít. Utóbbiak hasítják bizonyos antibiotikumok béta-laktám gyűrűjét, ezzel rezisztenssé téve a mikrobákat.

Új ökológiai fülke: a plasztiszféra veszélyei

A kutatás felhívja a figyelmet egy új környezeti élőhely, a „plasztiszféra” (a műanyag felületeken kialakuló biofilmek) veszélyeire. A tanulmány rámutat, hogy a fizikai szennyezés mellett a műanyagtörmelékek kémiai szennyeződések és kolonizáló mikrobák hordozóiként működnek. Ráadásul ezek a bioműanyagokat lebontó baktériumok és a velük együtt élő közösségek aránytalanul magas szintű antibiotikum-rezisztencia géneket hordozhatnak. Ez a tény komoly aggodalmat vet fel az antibiotikum-rezisztencia ökoszisztémákon keresztüli terjedésével kapcsolatban.

Dr. David Schleheck, a tanulmány vezető szerzője hozzátette, hogy az emberiség csupán mintegy 50-75 éve juttat jelentős mennyiségű műanyagot a környezetbe. Bár a mikrobák (baktériumok, élesztőgombák és más gombák) elméletileg új szén- és energiaforrásként hasznosítanák ezeket a növekedésükhöz, a legtöbb mai műanyag emészthetetlen a számukra. Ugyanakkor biztató, hogy a mikrobák a vártnál gyorsabban képesek alkalmazkodni a poliészter műanyagok lebontásához. A probléma kezelése érdekében a kutatók szerint olyan polimereket, például LCAP-t kell használni, amelyek biokémiai töréspontokkal – hidrolizálható észterkötésekkel – rendelkeznek, hogy segítsük a mikrobák munkáját.

GYIK

Milyen mélységben végezték a műanyagok lebontási kísérletét?

A kutatók körülbelül 10 centiméteres mélységben helyezték el az LCAP műanyagcsíkokat a botanikus kert erdei humuszrétegében, és több mint egy éven keresztül hagyták ott érintetlenül.

Mi a neve az újonnan felfedezett enzimnek?

A tudósok által azonosított bakteriális enzimet LCPH1-nek hívják, amely alakja miatt a „Pac-Man” becenevet kapta. Ez az enzim képes a bioműanyagok mellett az antibiotikumok lebontására is.

Mióta van jelen jelentős mennyiségű műanyag a környezetben?

A tanulmány szerzői szerint az emberek csupán az elmúlt körülbelül 50-75 évben juttattak be jelentős mennyiségű műanyagot a természeti környezetbe, ami kialakította az úgynevezett plasztiszférát.

Kapcsolódó tartalom a dontwasteit.hu oldalról: PLA bioműanyagok újrahasznosítása zárt láncban

 Hivatalos források és hivatkozások: 

Eredeti forrás/tanulmány (The ISME Journal): DOI: 10.1093/ismejo/wrag203

Fotó: Jaymantri