Vědci se snaží modifikovat bakterie, které žerou plasty, aby je likvidovaly v obrovském množství
28. 9. 2023
Když byl na skládce odpadků nalezen mikrob, který si pochutnával na plastové láhvi, sliboval revoluci v recyklaci. Nyní se vědci pokoušejí tyto síly ještě zvýšit, aby vyřešili naši odpadovou krizi, píše Stephen Buranyi.
V roce 2001 učinila skupina japonských vědců na skládce odpadků překvapivý objev. Ve výkopech plných hlíny a odpadu našli slizkou vrstvu bakterií, které vesele přežvykovaly plastové lahve, hračky a další drobnosti. Bakterie při rozkladu odpadků získávaly energii z uhlíku obsaženého v plastu, který využívaly k růstu, pohybu a dělení na ještě více plastů chtivé bakterie. Bakterie se živily plastem.
Vědce vedl Kohei Oda, profesor na Kjótském technologickém institutu. Jeho tým hledal látky, které by mohly změkčit syntetické tkaniny, jako je polyester, který se vyrábí ze stejného druhu plastu, jaký se používá ve většině nápojových lahví. Oda je mikrobiolog a věří, že ať už se člověk potýká s jakýmkoli vědeckým problémem, mikroby už pravděpodobně přišly na řešení. "Říkám lidem, sledujte tuto část přírody velmi pozorně. Často má velmi dobré nápady," říká Oda.
To, co Oda a jeho kolegové našli na této skládce, ještě nikdo předtím neviděl. Doufali, že objeví nějaký mikroorganismus, který si vyvinul jednoduchý způsob, jak napadat povrch plastů. Tato bakterie však dělala mnohem víc - zdálo se, že plast zcela rozkládá a zpracovává ho na základní živiny. Z našeho úhlu pohledu, kdy si hyperaktivně uvědomujeme rozsah znečištění plasty, se potenciál tohoto objevu zdá být zřejmý. Ale v roce 2001 - ještě tři roky předtím, než se vůbec začal používat termín "mikroplast" - to "nebylo považováno za téma velkého zájmu", řekl Oda. Předběžné práce o bakteriích, které jeho tým sestavil, nebyly nikdy publikovány.
V letech po jejich objevu si Oda a jeho student Kazumi Hiraga, nyní profesor, nadále dopisovali a prováděli experimenty. Když v roce 2016 konečně publikovali svou práci v prestižním časopise Science, bylo to už ve světě, který zoufale hledá řešení plastové krize, a stala se hitem. Oda a jeho kolegové pojmenovali bakterii, kterou objevili na skládce odpadků, Ideonella sakaiensis - podle města Sakai, kde byla nalezena - a v článku popsali specifický enzym, který bakterie produkovala a který jí umožňoval rozkládat polyethylentereftalát (PET), nejběžnější plast, který se vyskytuje v oblečení a obalech. Článek byl široce publikován v tisku a v současné době má více než 1 000 vědeckých citací, což jej řadí mezi 0,1 % všech článků.
Skutečnou nadějí však je, že jde o více než jen jeden druh bakterií, které mohou požírat jeden druh plastu. Za poslední půlstoletí prošla mikrobiologie - studium malých organismů včetně bakterií a některých hub - revolucí, kterou Jo Handelsman, bývalý prezident Americké mikrobiologické společnosti a vědecký poradce Obamova Bílého domu, popsal jako pravděpodobně nejvýznamnější biologický pokrok od Darwinova objevu evoluce. Nyní víme, že mikroorganismy představují rozsáhlý, skrytý svět, který je propletený s naším světem. Teprve začínáme chápat jejich rozmanitost a jejich často neuvěřitelné schopnosti. Mnozí vědci se přiklonili k Odovu názoru - že pro řadu zdánlivě neřešitelných problémů, kterými se zabýváme, již mikroby možná začaly nacházet řešení. Stačí se jen podívat.
Zhruba před 25 lety panovala mezi vědci shoda, že na planetě pravděpodobně existuje méně než deset milionů druhů mikrobů; v posledním desetiletí některé nové studie uvádějí počet až bilion, přičemž drtivá většina z nich je stále neznámá. Vědci zjistili, že v našich tělech se nacházejí mikroby, které ovlivňují vše od naší schopnosti odolávat nemocem až po naši náladu. V hlubokých mořích našli vědci mikroby, kteří žijí na vroucích termálních vývěrech. V ložiscích ropy našli mikroby, které se vyvinuly k rozkladu fosilních paliv. Čím více budeme pátrat, tím více mimořádných objevů učiníme.
Plast se nejprve rozdrtí a pak projde strojem, který připomíná obrovský lis, který ho zmrazí a pod velkým tlakem protlačí malým otvorem. Plast se vysype ve formě pelet - nebo také nurdles, jak se jim říká - o velikosti kukuřičného zrna. Na mikroskopické úrovni má plastová hmota mnohem menší hustotu než ta, kterou chemici nazývají původní "krystalická" forma. Vlákna, z nichž se plast skládá, byla původně zabalena do těsné mřížky, díky níž byla hladká a pevná; nyní jsou sice stále neporušená vlákna dále od sebe a jsou volnější, což dává enzymům větší prostor k útoku.
Ve volné přírodě by bakterie produkovaly omezené množství enzymu zaměřeného na plast a také mnoho dalších enzymů a odpadních produktů. Aby se proces urychlil, platí společnost Carbios biotechnologické společnosti za to, že z bakterií sklízí a koncentruje obrovské množství čistého enzymu trávícího plasty. Vědci společnosti Carbios pak umístí plast do roztoku vody a enzymu v uzavřené ocelové nádrži vysoké několik metrů. Ve vedlejší laboratoři, kde se proces testuje, můžete pozorovat reakci probíhající v menších nádobách. Uvnitř víří bělavé kousky plastu jako vločky ve sněhové kouli. Postupem času plast eroduje, jeho složky se rozpouštějí v roztoku a za sklem zůstává jen šedavá kapalina. Tato kapalina nyní neobsahuje pevný PET, ale dvě kapalné chemikálie zvané ethylenglykol a kyselina tereftalová, které lze oddělit a přeměnit na nový plast.
Zdá se, že technika, kterou vyvinul Carbios, se dá snadno rozšířit. Před dvěma lety společnost recyklovala v laboratoři několik kilogramů plastu, nyní zvládne asi 250 kg denně. V roce 2025 otevře nedaleko belgických hranic mnohem větší zařízení, které bude schopno recyklovat více než 130 tun denně.
Důvodem, proč má Francie fungující továrnu na recyklaci plastů, která využívá bakteriální technologii, ale USA a Čína nikoli, je skutečnost, že francouzský stát učinil z plastového odpadu naléhavou prioritu a stanovil cíl, že do roku 2025 musí být všechny plastové obaly používané ve Francii plně recyklovány.
Tyto továrny nejsou zázračným řešením. Proces recyklace enzymů je sérií biologických a chemických reakcí, a když se zvětšují, připomíná vám to, že příroda je nemilosrdná účetní. Pokud sledujete různé potřebné vstupy a emise uhlíku, zjistíte, že čištění plastu, jeho zahřívání a zmrazování je spojeno s velkými energetickými náklady. Samotná chemická reakce mění okolní roztok na kyselý, a tak se podobně jako u venkovního bazénu musí do roztoku neustále přidávat chemická báze, aby se udržel blízko neutrálnímu stavu, čímž při každém spuštění reakce vzniká několik kilogramů síranu sodného jako vedlejší produkt. Síran sodný má mnoho využití, včetně výroby skla a čisticích prostředků, ale vše od výroby chemického základu až po přepravu síranu sodného k dalšímu použití zvyšuje náklady na životní prostředí a logistické potíže.
V prosluněné konferenční místnosti v továrním komplexu Emmanuel Ladent, generální ředitel společnosti Carbios, sdělil, že recyklační proces společnosti v současné době produkuje o 51 % méně emisí než výroba nového plastu (s významným přínosem, že se k výrobě plastu nevytěží nová ropa a na světě nevznikne žádný čistý přírůstek plastů). "Velmi dobré," uzavřel, "ale doufáme, že jsme teprve na začátku." Společnost Carbios svou analýzu veřejně nezveřejnila, ale několik dalších vědců obeznámených s touto oblastí řeklo, že snížení emisí na polovinu je v rámci nejlepších scénářů pro tento druh recyklace.
Diskuse