Микробные инновации и инженерные разработки предлагают новые решения для пластиковых отходов

Исследователи в области химической инженерии из Университета Ватерлоо объединили усилия для решения острой экологической проблемы, используя синтетическую биологию для превращения пластиковых отходов в ценные ресурсы. Междисциплинарная группа работает над анализом и разработкой стратегий, которые используют синтетическую биологию, микробную инженерию и инженерное проектирование для разложения и переработки пластиковых отходов.

«Мы выходим за рамки нашей изоляции, чтобы способствовать устойчивому развитию», — говорит доктор Марк Окойн, профессор кафедры химической инженерии. «Если мы будем работать вместе, у нас появится более широкая база для решения этой проблемы». Их недавний обзор этой проблемы опубликован в « Канадском журнале микробиологии ».

Масштаб проблемы

Кризис пластиковых отходов — одна из самых серьёзных проблем, стоящих перед человечеством. По данным Программы ООН по окружающей среде, ежегодно в экосистемы попадает от 19 до 23 миллионов тонн пластиковых отходов. Разложение этого пластика занимает сотни лет, и сейчас он распадается на нано- и микропластик.

Перспективным решением является создание экономики замкнутого цикла, в которой отслуживший свой срок пластик последовательно используется для производства новых ценных продуктов, а не попадает в океаны и на свалки в качестве вредных отходов. Именно здесь на помощь приходят члены исследовательской группы из Ватерлоо, в которую входят Окойн и его коллеги: доктора Кристиан Эйлер, Брайан Ингаллс, Илань Лю и Элизабет Принс.

Биотехнологические решения по переработке пластиковых отходов могут оказаться экономически эффективными при переработке пластика в ценные продукты, а поскольку традиционные методы переработки основаны на использовании агрессивных химикатов и высоких температур, использование синтетической биологии для создания организмов и биологических систем предлагает более щадящий путь вперед.

Более экологичный путь к переработке

Эйлер, профессор химического машиностроения и руководитель Центра инновационной переработки и циклической экономики (CIRCLE) в Ватерлоо, разрабатывает новые микробные пути для повышения ценности пластиковых отходов.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале PLOS Computational Biology , исследовательская группа Эйлера изучала, может ли сырье, полученное из пластиковых отходов, обеспечить энергию для преобразования диоксида углерода (CO₂).

Группа проанализировала, как некоторые организмы одновременно метаболизируют CO₂ и пластиковые отходы. Эта стратегия называется миксотрофией, где «микс» означает сочетание нескольких продуктов, а «троф» — употребление в пищу. Такой подход может позволить микроорганизмам одновременно перерабатывать несколько источников углерода, что необычно, поскольку большинство микробов обычно потребляют только один вид «пищи» за раз.

Исследование показало, что несколько источников углерода, полученных из отходов, особенно из пластика, могут способствовать микробному преобразованию CO₂ в ценные продукты, решая одновременно две экологические проблемы.

Результаты исследования продемонстрировали, что разработка новых методов разложения пластика на месте его происхождения, например, на очистных сооружениях, имеет решающее значение. Разложение пластика до его попадания в естественные экосистемы может значительно снизить загрязнение окружающей среды.

Чтобы решить эту проблему, Окойн, Ингаллс (профессор математики, совмещающий биологию и химическую инженерию) и Аарон Йип, бывший аспирант, разработали процесс, который разлагает полиэтилентерефталатные (ПЭТ) пластмассы с помощью фермента, встречающегося в природе.

Их цель — распространить фермент или генетическую информацию о ферменте среди популяции организмов, находящихся в городских сточных водах.

Лю, также профессор химического машиностроения, использует другой подход, эволюционируя микробы, которые «поедают» пластик как единственный источник пищи. Её исследовательская группа разрабатывает синтетические симбиотические бактериальные консорциумы для биоконверсии пластиковых отходов.

Источник: https://phys.org/news/2025-11-microbial-fresh-solutions-plastic.html