Амазонская бактерия которая ест пластик. Бактерии и гусеницы уничтожающие пластик: миф или реальность? Студентка вывела бактерии, перерабатывающие пластик

Здравствуйте, друзья!

Сегодня я хочу погрузить вас в мир креативной педагогики в изучении биологических объектов. Ребята начинают изучать биологию в 6 классе, некоторые темы данного курса остаются для них отстраненными. Вот, например, тема микробиологии о строении бактерий. Тема дается весьма трудно. С одной стороны, это обилие научной терминологии, с другой - сложности восприятия в связи с масштабами. Под школьным микроскопом бактерии выглядят черточками и малюсенькими пузырьками, и трудно поверить, что эти малыши способны вызывать болезни.

Чтобы поддержать интерес, предлагаю ребятам сделать крупные модели бактерий, крупные, сантиметров на 20. Каждый вытянул номерок, за которым была закреплена бактерия и вызываемое ею заболевание. Всего 25. Ребятам, неведомы эти названия. Им предстоит осуществить научный поиск, чтобы собрать модель.

Следующий шаг - это разработка критериев к модели. Без этого нельзя. Иначе, мы можем получить искажения научной истины. Кроме того, участвуя в обсуждении и разработке критериев, ребята принимают ответственность за выполнение работы.

Разбираемся в понятии "модель". Ребята отмечают, что это не точная копия, а скорее схематическая. Приходим к решению, что в ней мы можем играть со цветом, фактурой, но сохранять существенные признаки, такие как форма и выросты.

Критерии выписываются на доску, и каждый ребенок фиксирует их в тетради:
1.Размер крупный от 20см, настольный вариант.
2.Структура, строение.
3.ПАСПОРТУ: крупно на 1/3 страницы А4.
Название бактерии
Название заболевания
Очень кратко симптомы
Смертность
Автор, класс

4. КРЕАТИВНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗ ПОДРУЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ребята с удовольствием включаются в процесс, поскольку в прошлом году, мои теперешние семиклассники делали выставку моделей вирусов. Выставка пользовалась живым интересом. И когда я предложила сделать модели бактерий, то услышала восторженные "УРА!".

На идею создания 3Д-моделей микромира меня вдохновили работы Люка Джеррема, который создавал модели бактерий и вирусов из стекла. Я показала это детям и сказала, а давайте.... И они не просто согласились, а радостно побежали делать модели.

Итак, мои шестиклассники стали бороздить просторы интернета в поисках информации. Самым сложным для них оказалось создание паспорту. Ведь нужно было выделить самое главное, а сказать хотелось так много!

На День науки мы открыли двери выставки "Экспериментариум: портреты бактерий" для детишек начальной школы. На выставке принимали участие 42 модели. Все работы шестиклассников получили оценку отлично. Но я приготовила для них еще один бонус - традиционное голосование за лучшую модель. Ребята, которые посещали выставку, прикрепляли стикер к номеру понравившейся модели. Модели, набравшие наибольшее количество голосов, принесли своим создателем дополнительную пятерку!

А выбрать было из чего! Ребята подошли к решению задачи создания моделей с выдумкой. Здесь были фактуры из папье-маше, шариков и ниток, из пластиковых флаконов и бутылок, из пушистого валика для побелки, коктейльных трубочек, бархатной бумаги, пенопласта, пластилина, проволоки, и даже сплетенные из резиночек!

Но вся магия выставки начала работать, когда пришли дети 3 и 4 класса. Я повела рассказ об интересной науки микробиологии. Показала им бактерию и сказала, что если бы бактерии выросли до такого размера в 20 сантиметров, то я бы стала ростом до луны!

Потом мы стали с малышами говорить о том, какой формы бывают бактерии. Они оглядели коллекцию и заявили, что на сосиски похожи, и на шарики.

Те, которые, похожи на сосиски, называют бациллами, что переводится как "палочка". А вот те, что как шарики, называются кокки. А потом ребята перекатывали в руках шарик золотистого стафилококка, и пробовали на вкус новое слово. Это же удивительно, что слово состоит всего из 4 букв, и три из них "К". А если убрать одну "К" в конце слова, то бактерия превратится в морского повара - в кока!
А бактерии, похожие на кудряшки, называют спириллами.

А потом мы поговорили об эпидемиях. О тех, что уносили миллионы людских жизней - об эпидемии чумы, холеры, туберкулеза, дифтерии. О том, что если бы не успехи медицины, то половина людей умирала бы еще в первые годы своей жизни. Открытие антибиотиков (пенициллина) в 1928 А. Флемингом, спасло миллионы жизней.

Просматривая фотографии, посмеялась, что у нас с детьми везде открыт рот. У меня, потому, что я рассказываю, а у детей, потому что слушают.

Ученые создали фермент, способный уничтожать пластик, а особенно хорошо он справляется с пластиковыми бутылками. Это достижение позволит справиться с огромным количеством пластика, загрязняющего планету. О результатах они рассказали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .

В 2016 году на свалке в Японии были обнаружены бактерии, способные поглощать пластик. На процесс, обычно занимающий столетия, у них уходили считанные дни. Теперь же ученым удалось определить структуру фермента, который они для этого используют, и синтезировать его. Когда команда протестировала фермент, оказалось, что он стал справляться с полиэтилентерефталатом (ПЭТ), из которого делают бутылки для напитков, еще лучше оригинала.

«Оказалось, что мы улучшили фермент. Мы были немного шокированы, — говорит профессор Джон Макгихан из Портсмутского университета в Великобритании. — Это настоящее открытие».

При этом исследователи надеются, что им удастся улучшить его, заставив работать еще быстрее.

«Мы надеемся использовать этот фермент, чтобы разложить пластик на его составляющие, а затем снова использовать их для производства пластика. Это значит, что не нужно будет добывать еще больше нефти и что можно будет уменьшить количество пластика в окружающей среде», — отмечает Макгихан.

Каждую минуту в мире продается около миллиона пластиковых бутылок. Переработке подвергаются лишь 14% из них. Многие из оставшихся попадают в океаны, загрязняя даже самые удаленные из уголки, нанося вред морским обитателям и — потенциально — потребителям морепродуктов.

«Пластик чрезвычайно устойчив к разложению», — поясняет Макгихан.

Сегодня из бутылок, попавших на переработку, изготавливаются непрозрачные волокна, которые становятся материалом для одежды и ковров. Но благодаря использованию фермента из них можно будет делать новые пластиковые бутылки, что избавит от необходимости производить больше пластика.

«Нам приходится жить с тем фактом, что нефть стоит мало, поэтому и производство ПЭТ обходится дешево, — отмечает Макгихан. —

Производителям легче создавать больше пластика, чем пытаться его перерабатывать».

Для начала исследователи определили структуру фермента, который производят бактерии из Японии. Для этого они использовали синхротрон Diamond, способный производить мощное рентгеновское излучение, которое позволяет разглядеть структуру отдельных атомов. Фермент оказался похожим на тот, что бактерии обычно используют для разрушения природного полимера кутина — воска, которым часто покрыта кожица плодов. Манипуляции с ферментом в процессе изучения его работы случайно привели к улучшению его способности разлагать пластик.

«Это скромное улучшение, на 20%, но не в этом дело, — рассказывает Макгихан. — Произошедшее показывает, что фермент еще не оптимизирован. Это дает нам возможность использовать все технологии, которые годами применялись в разработке других ферментов, и создать фермент, работающий сверхбыстро».

Одно из возможных улучшений — пересадить фермент бактериям-экстремофилам, способных выдерживать температуру выше 70°С — при ней плавится ПЭТ, а в расплавленном виде он разлагается в 10-100 раз быстрее. Также способствовать разложению пластика могут и некоторые грибки, но бактерии легче использовать в промышленных целях.

Для уничтожения других видов пластика можно будет использовать бактерий, которые в настоящее время эволюционируют в окружающей среде, уверен Макгихан. Хотя большая часть пластика находится в океане, исследователи рассчитывают, что можно будет доставить поедающие пластик бактерии к этим скоплениям мусора.

«Я думаю, это очень интересная работа, которая показывает, что есть потенциал для использования ферментов в борьбе с растущей проблемой отходов, — считает химик Оливер Джонс. —

Ферменты нетоксичны, биоразлагаемы и их можно получить с помощью микроорганизмов в больших количествах».

Берточини, научный сотрудник Испанского института биомедицины и биотехнологий, заинтересовалась феноменом и провела вместе с биохимиками из Кембриджа научный эксперимент. Были взяты около сотни личинок, которые поместили в обыкновенный пластиковый пакет, купленный в британском магазине, и стали ждать появления дырок. Как выяснилось, сотня гусениц способна расправиться с 92 мг полиэтилена за 12 часов.

Серьезность сложившейся ситуации как нельзя лучше передают мусорные пятна в океанах (Большое тихоокеанское мусорное пятно). Разработать новые технологии переработки пластиковых отходов и немного улучшить текущее положение может помочь новый вид бактерий, которые питаются пластмассами.

Открытие было сделано японскими исследователями.

По их словам, микроорганизм интересен в первую очередь наличием способности перерабатывать распространенный тип пластика, известный как PET (пластики на основе полиэтилентерефталата). Непосредственно сам пищеварительный процесс пластика у бактерии происходит медленно, поэтому краткосрочные перспективы открытия пока довольно туманны, но дальнейшие исследования бактерии, которая, к слову получила название Ideonella sakaiensis 201-F6, могут привести к появлению новых безопасных способов утилизации пластика.

Вид пластика, являющийся любимым лакомством Ideonella sakaiensis, – полиэтилентерефталат – характеризуется легкостью, прочностью и способностью удерживать жидкость. Этот материал очень часто используется для изготовления емкостей для жидких продуктов – разнообразные контейнеры и бутылки. Отметим, что только за 2013 год во всем мире было произведено около 56 миллионов тонн пластика PET, из которых переработали только половину.

Свойства, которые делают PET столь привлекательным для различных компаний материалом, - прочность и влагонепроницаемость – также представляют огромную угрозу для окружающей среды. Этот материал имеет очень большой период полураспада, поэтому накапливается в форме свалок на земле и в океане.

Считается, что для полного разложения обычной пластиковой бутылки требуется около 450 лет, и хотя некоторые виды пластмасс разлагаются в океане быстрее, в процессе распада они выделяют вредные химические вещества, что еще больше усугубляет экологическую ситуацию.

Новый вид бактерий, поедающих пластик, был обнаружен путем просеивания 250 образцов PET, собранных на заводах по переработке пластика. Об этом говорится в статье о результатах исследования, опубликованной в журнале Science. Исследовали искали свидетельства распада материала среди образцов и в конце концов обнаружили I. sakaiensis.

Бактерии этого вида выделяют два фермента, расщепляющие это соединение до экологически безопасных веществ – терефталевой кислоты и этиленгликоля. Правда, происходит это не очень быстро. В исследовании говорится, что на полное переваривание небольшого куска пленки из низкокачественного полиэтилентерефталата бактерии понадобилось шесть недель. То есть, на расщепление изделий из более качественного PET потребуется еще больше времени.

Вполне возможно, что в будущем ученые найдут способ, который поможет ускорить этот процесс. В последующей статье, опубликованной в том же Science, профессор биоинженерии Уве Борншеуер пишет, что ученые должны выяснить истоки происхождения этих ферментов, выделяемых бактериями, точнее, не являются ли они проявлением эволюции.

По словам Борншеуера, этот вид пластика существует в природе только 70 лет, и существует вероятность, что ферменты адаптировались к новым реалиям и научились использовать его как источник пищи, «обеспечивающий «преимущество для выживания». Ученый пишет, что эволюция в столь короткие сроки – это большая редкость, хотя подобное уже случалось ранее, и дополнительные исследования могут привести к появлению новых эффективных способов борьбы с пластиком PET.

В интервью The Wall Street Journal Борншеуер отметил, что теоретически эти бактерии могут ускорить распад пластика на свалках.

Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram , чтобы быть в курсе самых интересных событий.

В океан попадает много пластиковых отходов, которые являются своего рода мрачным маркером эпохи антропоцена. В Тихом и Атлантическом океанах уже давно существуют плавающие свалки этого мусора, которые по размерам не уступают некоторым странам, а совсем недавно они начали появляться и в Арктике. Кроме того, некоторые необитаемые острова погребены под тоннами пластика.

Могут ли бактерии питаться пластиком

Несмотря на такое ужасное положение, ученые пришли к выводу, что количество пластика, которое мы выбрасываем каждый год, должно раз в сто превышать то, которое плавает в океане. Эта ситуация имеет несколько возможных объяснений, но в ходе нового исследования ученые пришли к выводу, что разрушать пластиковые отходы могут бактерии, живущие в океане.

Эта идея может показаться довольно странной, хотя только в прошлом году исследователи обнаружили, что недавно найденные виды бактерий способны разрушать молекулярные связи полиэтилентерефталата (ПЭТ) — одной из наиболее распространенных форм пластика. Эти бактерии в буквальном смысле используют его в качестве источника пищи.

Как правило, необходимо 450 лет, чтобы этот вид пластика полностью разложился в окружающей среде. Но бактерии справляются с ним всего за шесть недель. Именно эта информация навела команду исследователей из Университета Помпеу Фабра в Барселоне на мысль, что за отсутствие пластика в океанах мы должны в основном благодарить эти микроскопические организмы.

Хорошие новости?

На первый взгляд, новость о бактериях кажется хорошей, ведь это поможет снизить количество пластиковых отходов, которые накапливаются в океане. Сейчас огромное количество этого мусора попадает в организмы морских животных, что приводит к их смерти.

Тем не менее постарайтесь представить, что произойдет, если мы сможем и дальше выбрасывать пластик в океаны без каких-либо последствий. Скорее всего, это станет зеленым светом для производителей. Если эти бактерии смогут распространиться по всему земному шару, они снизят негативное воздействие человека на окружающую среду, и вряд ли кто-то станет утверждать, что это плохая идея.

Возможные объяснения

Хотя, конечно, нам не стоит слишком сильно полагаться на этих бактерий. Вполне возможно, что отходы, которых не досчитались ученые, погружаются в воду и хранятся на морском дне. Это значит, что однажды они могут снова всплыть на поверхность, хотя последствия такого события трудно прогнозировать.

Используя математическое моделирование, ученые сделали вывод, что другие геологические процессы или ошибки в подсчетах также могут объяснить несоответствие между глобальной скоростью производства пластмассы и ее присутствием в море.

В любом случае в настоящее время человечество продолжает выбрасывать огромное количество пластика в океаны. Хотя незначительное его количество перерабатывается, ситуация, скорее всего, не изменится, пока производители не согласятся заменить его биопластиком, который быстро разлагается в любой среде сразу же после того, как становится ненужным.

Группа микробиологов и биохимиков из Китая сделала открытие, чью важность для экологии планеты и всего человечества трудно переоценить. Были найдены бактерии, питающиеся пластиком, и в том числе полиэтиленом. На данный момент это первый просвет в решении проблемы назревающего глобального экологического кризиса.

Открытие было сделано ученными из Бейханского Университета, который находится в Пекине. Однако, как отмечает руководитель научной группы, Джан Янг: "Изначально это не было целенаправленное исследование, мне помог случай". Однажды у себя на кухне, на которой как признается биохимик царит беспорядок, он обратил внимание на полиэтиленовый пакет с просом. Внутри него копошилось множество мелких личинок, а сам пакет стал будто изрешеченными из автомата. Это привело Янга к мысли, что эти гусеницы в состоянии переваривать полиэтилен.

Эти личинки принадлежали известному сельскохозяйственному вредителю, моли Огневка южная амбарная (лат. Plodia interpunctella), которая широко распространена практически по всему свету. В ходе нескольких простых экспериментов удалось выяснить, что гусеницы Plodia interpunctella действительно едят и что более важно переваривают пластиковые продукты. Но оказалось, что заслуга самих личинок в этом весьма посредственна.

Слева: взрослая моль Огневка южная амбарная. Справа: ее личинка. В кишечнике последней и были обнаружены новые бактерии

Настоящие поедатели пластиковых продуктов находились в кишечнике огневки - это были два ранее не известных штамма бактерий. В качестве испытания эти микроорганизмы поместили на полиэтиленовую пленку. Спустя 28 дней образец пленки был рассмотрен под микроскопом, на нем присутствовали заметные признаки повреждений: продолговатые борозды и впадины глубиной до 0,4 мкм. Прочность полиэтилена, как и способность отталкивать воду снизились при этом почти в 2 раза. Еще через месяц масса пленки снизилась немногим более, чем на 10%, а молекулярная масса полимерных связей - на 13%. Другими словами, ученые получили первые веские доказательства существования бактерий, питающихся пластмассами, а также подверженности последних биологическому разложению (биоутилизации).

Главная ценность обнаруженных микроорганизмов заключается в том, что полностью отпадает потребность в какой-либо предварительной обработке пластмасс, и полиэтилена в частности. В данном случае требуется лишь поместить бактерии на пластик и они сами сделают свое дело.

И без того невообразимое количество пластиковых отходов ежегодно возрастает на 100-140 млн тонн. Сами по себе такие отходы практически не разлагаются, следовательно они будут накапливаться до тех пор пока человечество не найдет способа "борьбы" с ними.

Потенциал у открытия китайских ученых просто огромен. Дальнейшая его проработка должна стать предпосылкой к разработке первых способов чистой биоутилизации невероятно стойких и токсичных пластиковых отходов, в чем так сильно нуждается наша планета.