ВЫДЕЛЕНИЕ ПРЕДПОЛАГАЕМЫХ БИОДЕСТРУКТОРОВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПОЧВЕННЫХ СРЕД Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 57.083.12

Бушева А.В., Хажиева Г.Р., Мурзина Е.Д., Шулаев С.В.

ВЫДЕЛЕНИЕ ПРЕДПОЛАГАЕМЫХ БИОДЕСТРУКТОРОВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПОЧВЕННЫХ СРЕД

Бушева Ангелина Вячеславовна, студентка 4 курса бакалавриата кафедры промышленной экологии; [email protected]

Хажиева Гульнара Руслановна, студентка 4 курса бакалавриата кафедры промышленной экологии Мурзина Екатерина Дмитриевна, к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии; [email protected] Шулаев Сергей Валерьевич, аспирант 4 года обучения кафедры наноматериалов и нанотехнологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

Биодеградация пластиковых отходов является одним из перспективных направлений в настоящее время. В данной работе методом накопительных культур из почвенных сред были получены микроорганизмы, способные к биодеструкции полимерных материалов.

Ключевые слова: микроорганизмы, биоразложение пластика, почва, биодеструкция

ISOLATION OF SUPPOSED BIODESTRUCTORS OF POLYMER MATERIALS FROM SOIL MEDIA

Busheva Angelina Vyacheslavovna, Khazhieva Gulnara Ruslanovna, Murzina Ekaterina Dmitrievna, Shulaev Sergey Valeryevich

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.

Biodegradation ofplastic waste is one of the promising areas at present. In this work, communities of microorganisms potentially capable of biodegradation of polymer materials were obtained from soil media by the method of accumulative cultures.

Keywords: microorganisms, plastic biodegradation, soil, biodestruction

О пластиковом загрязнении планеты сегодня знает практически каждый. Дешевый, легкий, удобный пластик используют во всех сферах жизни. Но по мере роста спроса на данные товары, растет и накопление не разлагаемого мусора. Огромные свалки пластиковых отходов на улицах городов, в реках, прибрежных водах и океанах негативно воздействуют на местную флору и фауну, отрицательно сказываются на здоровье людей. По данным Greenpeace России, в 2019 году участники народных проверок собрали, посчитали и рассортировали по категориям 229123 фрагмента мусора. Оказалось, что 68,1 % из них занимает пластик, а 96,2 % из собранных пластиковых фрагментов — это части одноразовых вещей и упаковки [1].

В настоящее время применяют три метода утилизации пластикового мусора: захоронение, сжигание и рециркуляция. Каждый из методов обладает как преимуществами, так и недостатками, среди которых стоит отметить выделение вторичных загрязнителей и дороговизну процесса (при переработке).

Экологически чистым и безопасным методом можно считать биодеградацию пластиковых отходов - то есть его разложение микроорганизмами. До некоторого времени считалось, что в природе не существует грибов и бактерий, способных использовать пластик в качестве источника питания, однако в 2016 году группа японских ученых развеяла этот миф. Была выделена новая бактерия Ideonella sakaiensis 201-F6, которая способна использовать PET в качестве основного источника углерода [2].

Действие её ферментов уникально в животном мире, а значит, данный вид микроорганизма мог сформироваться недавно ввиду быстрого приспособления к изменениям окружающей среды. Но PET не единственный пластик, поступающий в окружающую среду в огромных количествах. Ввиду этих данных было сделано предположение, что в природных средах появляются микроорганизмы, способные разлагать различные виды пластиковых отходов.

Для подтверждения данной теории были отобраны образцы пластиковых упаковочных материалов, контактировавшие с почвенной средой продолжительное время:

1. Полиэтиленовый пакет

2. Подложка для конфет из полипропилена

Для смыва культур с пластиковых материалов образцы были перенесены в колбы со стерильной водопроводной водой и оставлены на 12 часов на горизонтальном шейкере при 150 об/мин. Через 12 часов из каждой колбы были отобраны пробы (по 10 мл) и перенесены на жидкие среды LB следующего состава, г/л: глюкоза 20, дрожжевой экстракт 5, пептон 10, NaCl 2.

Методом накопительных культур на жидких средах того же состава были получены сообщества микроорганизмов, предположительно

биодеградирующие пластиковые материалы. Выделение чистых культур проводили методом истощающего штриха на чашках Петри c твердой агаризованной питательной средой LB. С полученных чашек было снято 13 отдельных

15S

Рисунок 1. Чистые культуры, выделенные с образца «Пластиковый пакет».

Таблица 1. Морфологические признаки колоний.

Название Размер Форма Цвет Поверхност Опт.св-ва Профиль Край Структура

1.Пластиковый пакет (А) Точечная Округлая Молочный Складчатая Непрозра чная, матовая Бугристый Волнистый Струйчатая

1.Пластиковый пакет (Б) Точечная Округлая Бледно-молочный Гладкая Полупроз рачная, блестящая Выпуклый Гладкий Однородная

1.Пластиковый пакет (В) Точечная Округлая Бледно-коричне вый, среда потемнела Гладкая Прозрачная, блестящая Плоский Гладкий Однородная

Рисунок 2. Микроскопирование изолятов 1А, 1Б, 1В

Полученный инокулят чистых культур в объеме 10 мл переносили на жидкие минеральные среды следующего состава, г/л: КН2РО4 0,7, К2НРО4 0,7, MgS04*7H20 0,7, NH4NO3 1, NaCl 0,005, FeS04*7H20 0,002, ZnS04*7H20 0,002, MnSÜ4*H20 0,001. В качестве единственного источника углерода в колбы добавляли одинаковой массы (0,5 г) гранулированный пластик разных видов: ABS, PC, PA6, PBT, LDPE, HDPE, PET, PP, PVC. Рост культур определяли по оптической плотности среды. Данные представлены на графиках (рисунок 3, 4, 5).

I и

а ни :м> зпп 4(н> soo hflti 7i>» xrid

Время, ч

Рисунок 3. Изменение оптической плотности культуры 1А

конечное значение масс пластмассовых гранул (рисунок 6).

«-PC РАб РВТ — LDPE «-HDPE *-РЕТ *-РР

Рисунок 4. Изменение оптической плотности культуры 1Б

>- ШРЕ ■ НОРЕ

Рисунок 5. Изменение оптической плотности культуры 1В

По данным изменения оптической плотности видно, что происходит рост культур: в номерах 1А, 1В прослеживается равномерный рост по всем видам полимеров, а в номере 1Б имеются различия во времени достижения максимума роста культуры. Спустя месяц проведения эксперимента измерялось

Рисунок 6. Диаграмма потери массы пластмасс для колоний 1А, 1Б, 1В

По полученным данным о потерях масс можно

сделать выводы, что лучше всего потребляют:

• Культура 1А: PET, ABS, LDPE, PP, PC, HDPE

• Культура 1Б: PET, HDPE

• Культура 1В: PET, PBT, PC, HDPE

В настоящий момент проводятся дальнейшие

исследования полученных культур.

Список литературы.

1. Отчёт Greenpeace о пластиковом загрязнении берегов водных объектов в России [Электронный ресурс] // Российское отделение Greenpeace URL: https://greenpeace.ru/

2. Shosuke Yoshida, Kazumi Hiraga, Toshihiko Takehana, Ikuo Taniguchi. A bacterium that degrades and assimilates poly (ethylene terephthalate) // American Association for the Advancement of Science. - 2016. - Vol. 351, № 6278. - P.1196-1199.