Биологи сделали большое открытие. Оказывается, обычные гусеницы, которых часто разводят в качестве приманки для рыбы, обладают гораздо более ценным свойством. Они могут перерабатывать полиэтилен — один из самых прочных и часто используемых видов пластика, который повсеместно засоряет свалки и Мировой океан. Полиэтилен и полипропилен составляют 92% мирового производства пластика, в том числе полиэтилен — 40%. Каждый год люди используют и выбрасывают триллион полиэтиленовых пакетов.
Эти гусеницы — личинки распространённого насекомого Galleria mellonella (большая восковая моль). Животное считается вредителем, потому что откладывает личинки в ульях медоносных пчёл. Там гусеницы питаются мёдом, пыльцой и воском (отсюда и название моли), повреждая всё вокруг: соты, расплод, запасы мёда, пергу, рамки и утеплительный материал ульев. Но всё-таки у этих вредных гусениц нашлось полезное применение. Вместо воска им можно скармливать отходы пластика.
Пластик — один из наиболее опасных материалов с точки зрения засорения планеты. По сочетанию распространённости и длительности естественного разложения ему почти нет равных. Для сравнения, бумага разлагается на природе от одного месяца до трёх лет, одежда из шерсти — год, из натуральных тканей — два-три года, железная банка — 10 лет, а вот обычный полиэтиленовый пакет разлагается 100-200 лет. Среди всех видов мусора по этому показателю полиэтилен уступает разве что алюминиевым банкам (500 лет), одноразовым подгузникам (300-500 лет) и стеклянным бутылкам (более 1000 лет).
За последние 50 лет производство пластика растёт экспоненциально. В странах Евросоюза, несмотря на все усилия по вторичной переработке отходов, до 38% пластика заканчивает свой путь на свалках, остальное перерабатывается (26%) или сжигается (36%). При сжигании или захоронении на свалке полиэтилен создаёт серьёзную нагрузку на окружающую среду, поэтому учёные интенсивно ищут приемлемые способы для безвредной деградации пластика. Использование гусениц большой восковой моли — один из отличных вариантов.
Удивительно, но это важнейшее открытие было сделано совершенно случайно. Одна из членов исследовательской команды Федерика Берточини (Federica Bertocchini) из Института биомедицины и биотехнологий Кантабрии (Испания) сама является пчеловодом-любителем. Однажды она удаляла паразитов из сот в ульях — и складывала этих вредителей в пластиковый пакет, обычный пакет из магазина. Буквально через 40 минут Федерика с удивлением заметила, что пакет испещрён маленькими дырочками — гусеницы просто проели его. И очень быстро!
По оценкам учёных, скорость биодеградации полиэтилена гусеницами большой восковой моли гораздо выше, чем у бактерий-поедателей пластика, о которых сообщалось в прошлом году. Те бактерии могли съесть 0,13 мг в сутки*, а гусеницы пожирают материал буквально на глазах. На фотографии вверху видно, что сделали 10 гусениц с пакетом всего за 30 минут.
Федерика Берточини связалась с коллегами с кафедры биохимии Кембриджского университета — и они вместе поставили эксперимент на время. Около сотни гусениц были помещены в обычный пластиковый пакет из британского супермаркета. Дыры в пакете начали появляться через 40 минут, а спустя 12 часов масса пластика уменьшилась на 92 мг!
Учёным ещё предстоит изучить детали биодеградации воска и пластика, но очень похоже, что гусеницы в обоих случаях разрушают одинаковые химические связи между молекулами в веществе. По химической формуле и своим свойствам воск — это полимер, что-то вроде «природного пластика», и его структура не намного отличается от полиэтилена.
Учёные осуществили спектроскопический анализ и проверили, как гусеницы разрушают химические связи в полиэтилене. Они выяснили, что результатом переработки является этиленгликоль, двухатомный спирт, простейший представитель полиолов. Анализ доказал, что дыры в пластиковом пакете — не результат простого механического прожёвывания материала, а налицо действительно химическая реакция и биодеградация материала. Чтобы на 100% убедиться в этом, биологи провели научный эксперимент: они измельчили гусениц в пюре и смешали его с пластиковыми пакетами. Результат оказался идентичным — часть пластика исчезла. Это самое убедительное доказательство, что гусеницы не просто поедают пластик, а переваривают его в этиленгликоль. Химическая реакция происходит где-то в пищеварительном тракте животного — это могут быть слюнные железы или симбиотические бактерии в пищеводе. Соответствующий фермент пока не удалось идентифицировать.
Ведущий автор научной работы Паоло Бомбелли (Paolo Bombelli) уверен, что если химический процесс осуществляется с помощью единственного фермента, то вполне реально воспроизвести этот процесс биохимическими методами в широком масштабе. «Это открытие может стать важным средством, чтобы избавиться от полиэтиленовых отходов, накопленных на свалках и в океане», — говорит он.
Научная работа опубликована 24 апреля 2017 года в журнале Current Biology (doi:10.1016/j.cub.2017.02.060).
*В эксперименте с бактериями плёнка из 1 см² бактерий Ideonella sakaiensis переработала за сутки 0,13 мг полиэтилентерефталата (ПЭТ).
