В НовГУ изучили новый вид бактерий, способный поедать пластик в морях Арктики
26 ноября 2025, 14:27 300
Группа ученых из МГУ и НовГУ, изучили бактерии, которые живут в Баренцевом море и обитают на пластиковых отходах. Выяснилось, что многие микроорганизмы не только живут на пластике, но и питаются им. Ученые идентифицировали их и обнаружили как знакомые для этого региона штаммы, так и новый вид. Исследование в перспективе может помочь в борьбе с пластиковым загрязнением Арктики.
Пластиковое загрязнение — это бич не только больших городов, оно уже достигло самых удаленных регионов планеты. Ему подвергается, например, западная часть Северного Ледовитого океана, включающего акваторию Баренцева моря. Мусор приносят сюда течения из Северной Атлантики, он также попадает в арктические воды в виде отходов судоходства и рыбной ловли, которые очень развиты в этом регионе. По оценкам ученых, количество макропластика в поверхностных водах Баренцева моря может достигать 650 тысяч частиц на квадратный километр. Решить эту проблему естественным способом могли бы помочь микроорганизмы. Известно, что некоторые из них питаются пластиком. Эта способность бактерий стала основной для биотехнологического метода переработки пластика — биокомпостирования.
Работа проводилась на кафедре общей экологии и гидробиологии биологического факультета МГУ под руководством профессора Владимира Ильинского. Бактерии выделяли в экспедициях проекта «СевМорСубботник» организацией МРОО «За безопасность окружающей среды» (Мурманск). Авторы исследования — сотрудник кафедры общей экологии и гидробиологии биологического факультета МГУ и руководитель проекта «СевМорСубботник» Олеся Ильина и научный сотрудник НовГУ, кандидат географических наук Игорь Жданов.
Ученые НовГУ, МГУ и Института океанологии имени П. П. Ширшова решили подробнее узнать о таких микроорганизмах в их естественной среде обитания — в Баренцевом море. Бактериальные культуры выделили из нароста (так называемой пластисферы), который они образовали на морских пластиковых отходах (ПЭТ — полиэтилентерефталате, полиэтилене, полипропилене и полистироле). Образцы собирали в прибрежной зоне отливов и приливов в районе двух губ Баренцева моря — Зеленецкой и Подпахты, а также в Кольском заливе — во время летних экспедиций в 2021-2023 годах.
Смыв бактерии с пластика, ученые поместили их на специальную питательную минеральную среду, которая не содержала органики. Единственный источником углерода и энергии для микроорганизмов в этой среде послужил один из типов пластика, добавленный в виде порошка, волокон или эмульсии. Таким образом ученые проверяли бактерии на «вкусовые предпочтения» — если колония начинала расти, значит, она могла использовать пластик в пищу.
Чтобы окончательно убедиться в том, что этим источников был пластик, а не какие-то иные компоненты среды, ученые провели серию дополнительных исследований. Критериями способности бактерий разлагать пластик выступили снижение его массы во время культивирования на нем микроорганизмов, визуальные повреждения поверхности пластика — так называемая биоэрозия, а также отсутствие роста бактерий в среде, не содержащей пластик.
На следующем этапе исследования ученые решили узнать, как именно бактерии разрушают отходы — увидеть повреждения молекулярной структуры пластика. Для этого они использовали метод инфракрасной спектроскопии с Фурье преобразованием (ИК-Фурье). Она позволяет оценить состояние химических связей внутри молекулы, как бы снимая с нее «отпечатки пальцев» — спектральные сигнатуры или пики. Несколько раз сравнив такие пики у нетронутого пластика и того, на котором в течение минимум 40 суток жили бактерии, ученые смогли увидеть характер изменений структуры молекул. Часть пластика было «изъедено» микроорганизмами — химические связи в таких образцах были повреждены.
При этом бактериальные культуры изучались разные, поэтому у них была разная интенсивность биодеструкции — разложения материала микроорганизмами. Лучше всего она оказалась видна на поверхности ПВХ, которая подверглась воздействию культуры одной из колоний Stenotrophomonas sp.: она стала шершавой и крошилась. При электронной микроскопии хорошо была видна эрозия, на срезе материала — пузырьки, заполненные бактериями.
— Важно понимать, что бактерии не едят отходы в «ноль», колония прекращает свое существование раньше, чем пластик, на котором она живет. Упомянутая выше колония Stenotrophomonas sp. не съедает ПВХ лодки, она просто портит поверхность. Те культуры, которых тестировали на изменение массы субстрата, показывали снижение массы пластика в пределах 0,5% за месяц культивирования. То есть это очень медленный процесс. Сейчас мы его только изучаем. Чтобы его начать использовать для промышленного биокомпостирования, нужно очень сильно его доработать методами генной инженерии, ускорить, усилить и перевести в менее капризного носителя, чем морские бактерии — например, в E. сoli, — рассказала руководитель проекта Олеся Ильина.
Третьим этапом работы стало определение видов микроорганизмов, которые питались пластиком. Для этого ученые расшифровали у каждого штамма участок гена16S рРНК, анализ последовательности которого позволяет определить принадлежность культуры с точностью до рода.
Было выделено девять культур микроорганизмов — восемь чистых и одна смешанная колония. Пять из них оказались «жителями» ПЭТ, две — полиэтилена и по одной — полипропилена и полистирола. Семь из девяти культур успешно прошли тест на питание пластиком. Таким образом ученые показали, что эти виды могут использовать его как единственный источник пищи.
При этом часть культур оказались известными ученым — бактерии родов Rhodococcus, Pseudomonas, Pseudoalteromonas, Rhodopirellula. Такие микроорганизмы уже находили в пластисферах Арктического региона. Новичком стала бактерия Persicitalea sp. — ее впервые идентифицировали в наростах на пластике в арктических морях.
Интересным оказался и механизм разрушения отходов. Для ПЭТ, из которого делают бутылки, бактерии Persicitalea sp.1 и Rhodopirellula sp. запускали процесс гидролиза — основного известного механизма разложения ПЭТ, при котором разрываются связи в сложноэфирных группах молекулы. В случае полиэтилена и полипропилена бактерии Persicitalea sp. 2 и смешанная культура атаковали углеродный скелет полимера — основу молекулярной цепи. Бактерия Rhodococcus sp. в свою очередь изменила структуру углеродного скелета молекулы ПЭТ, оставив нетронутыми полиэфирные связи — такой механизм деструкции только предстоит изучить.
Ученые считают, впрочем, что о реализации результатов исследования говорить пока рано.
— Если бы мы в теории вывели бактерий, способных съесть пластик прямо в море, и добавили бы их в моря — они начали бы с того, что съели бы пластиковые составляющие кораблей, рыболовных снастей и портов, и мы остались бы без судоходства и без портов, а посетители пляжей — еще и без купальников. Но таких бактерий не существует. Мы в идеале сможем выделить комплексы ферментов, способных разрушать определенные типы пластика. Эти комплексы впоследствии можно будет использовать, чтобы клонировать в более подходящих бактерий и применять их в контролируемых условиях биокомпостеров, а не в естественной среде, где они вряд ли будут сколько-нибудь эффективны. В море они или погибнут, или перейдут на органику, пренебрегая пластиком, — пояснила Олеся Ильина.
Пока процессы биодеструкции пластика находятся на начальном этапе изучения. Следующий шаг — понимание возможностей использования разрушения отходов бактериями в технологических схемах.
Эту и другие новости читайте в официальном телеграм-канале Новгородского университета.
