Mik a műanyaglebontó baktériumok? Miért fontosak?

A műanyaglebontó baktérium felfedezése egy komoly problémánkra lehetne megoldás:  a földünket elárasztó elképesztő mennyiségű műanyag hulladék csökkentését lehetne vele megoldani.

A műanyag tárgyak nélkül, amelyeket az elmúlt száz évben legyártottunk, manapság már el sem igen tudjuk képzelni az életünket. De az életminőségünk javulásának mellékhatása az a bolygónkat elárasztó műanyag szemét, amellyel nem tudunk mit kezdeni. A műanyag (évente 300 millió tonna) ott van az utcáinkon, az ivóvizünkben, az óceán mélyén, az űrben – és ijesztő módon mikroműanyagok formájában a véráramunkban is. Ideje találni rá valami megoldást a korlátozott számú újrahasznosításon kívül is. 

Mi az a műanyaglebontó baktérium? 

A műanyag mesterségesen létrehozott anyag. A természetben előfordulónál hosszabb atomláncokba összeálló, ismétlődő egységű, ún. szintetikus polimerekké állnak össze.

Az első teljesen szintetikus anyagot alig több, mint száz éve fedezték fel, és a második világháború alatt nagyon népszerű lett sokoldalú felhasználása és olcsó gyártása miatt. A plasticos szó eredetileg formálhatót jelentett a görög nyelven, nem kell sokat gondolkodnunk azon, hogy miért. Ma már szó szerint elárasztja a világunkat a műanyag, és bár nélküle nem tudunk meglenni, megoldást kell találni a felesleg kezelésére. A tudósok már egy ideje tudják, hogy vannak baktériumok, amelyek képesek lebontani a műanyagot, de ez eleinte nagyon sok időt vett igénybe. 

A műanyaglebontó baktériumokat néhány éve fedezték fel, mintegy véletlenül, azt követően pedig elkezdték tudományosan kutatni. 

A műanyagot a baktériumok enzimek segítségével képesek lebontani.  A polietilént lebontó enzimet PETáznak nevezték el a tudósok. A kínai tudományos akadémia azt is kutatja, hogy mely baktérium-koktél mely enzimekkel együtt dolgozva a leghatásosabb a különböző műanyagfajták lebontásában. 

Melyek voltak a legfontosabb mérföldkövei a műanyaglebontó baktérium felfedezésének?

2016-ban egy japán hulladéklerakó telephelyen fedezték fel, hogy bizonyos baktériumok elkezdték fogyasztani a lebomolhatatlannak vélt műanyag zsákokat. Ez volt az első, hogy megfigyeltek egy élő organizmust, amint műanyagot fogyasztott. A baktériumot Ideonella sakaiensisnek nevezték el.

2017-ben a viaszmoly lárváját kapták rajta, hogy lyukakat rágott a polietilén zacskókba. A viaszmoly lárvájának természetes eledelének struktúrája hasonlít ugyanis a polietilén szerkezetéhez. 

A Poliloop magyar startup 2018-ra jutott el oda két évi kísérletezés után, hogy az egyszer használatos műanyagok jó részét, beleértve a polietilént, vagyis PET-et másfél-két hónap alatt lebontja az általuk összeállított baktérium-koktél. 

Kaliforniai kutatók az Ideonella sakaiensist véletlenül úgy módosították, hogy gyorsabban bontsa le a műanyagot, később a sebességet még gyorsabbra sikerült növelni.

Szun Csaomin, a kínai oceanológiai intézet munkatársa 2021-ben szintén egy ilyen baktérium-koktélról nyilatkozott, amely a palackokat és fóliákat alkotó polietilént képes lebontani káros mellékhatások nélkül, egyes anyagokat akár két hét alatt. 

2021-ben Ausztráliában tehenek gyomrában találtak olyan baktériumokat, amelyek által kiválasztott enzimek a poliésztereket is képesek lebontani, nem csak a polietilént. A tehenek gyomrában található enzim az ő természetes táplálékukban előforduló poliészterek lebontásában segítenek.

Milyen magyar vonatkozása van a műanyaglebontó baktériumnak?

Van egy erős potenciálú magyar cég, amely két fiatal lány vállalkozásából indult, és most már igen nagyra nőtte ki magát. A Poliloop startupként kezdte, Madaras Liz és Lévay Krisztina a Műegyetemi tanulmányaik mellett kezdtek kísérletezésbe. Azóta egy olyan baktérium-koktélt sikerült kifejleszteniük, amely kb. 6 hét alatt lebontja az egyszer használatos műanyagok zömét, mégpedig különösebb válogatás és tisztítás nélkül. 

Az is egyedülálló előny, hogy a lebomlás során nem szabadul fel káros anyag, pl metán, mint a kémiai lebontásnál. Miután a baktériumok lebontották a műanyagot, szerves anyag, iszap az, ami marad. Ezt azután fel lehet használni bioműanyagok készítésére. Ez a fejlesztés visszacsatolná zárt rendszerbe: a körforgásos gazdaságba. A művi, mesterséges anyagból ismét természetes anyag keletkezik. 

Jelenleg azon dolgoznak, hogy tovább fejlesszék a céget és a technikát, hogy ipari méretben is sikerüljön nekiállni a bolygó műanyag szemetének. 

Hogyan tudja lebontani a baktérium a műanyagot?

A műanyagok nagy része, például a PET A baktérium olyan enzimeket választ ki, amely segíti vagy meggyorsítja azt a folyamatot, hogy a baktérium (Ideonella sakaiensis 201-F6) meg tudja emészteni a műanyagot. Egészen pontosan a műanyag polimereinek, vagyis óriási molekuláinak a mintáját szakítja meg. Ezt az ismétlődő mintázatot, amelytől a műanyag az, ami, és amely hosszabb a természetesen előforduló molekulaláncoknál, szabdalja szét a baktérium. 

A baktérium azért képes erre, mert a kötésből, melyek a molekulaláncot alkotják, szén és energia szabadul fel, és a baktérium ezt a saját táplálkozására, energianyerésre használja fel. Az enzim, amelynek segítségével dolgozik, valójában egy fehérje, amely hozzákapcsolódik a szénlánchoz, és olyan változást hoz benne létre, amellyel a szén-szén-kötést el lehet vágni. 

Olyan enzimből, amely segíti a baktériumokat, hogy lebonthassák a műanyagot, nem csak egyféle van, inkább harmincezres nagyságrendben gondolkodjunk. 

Mennyi idő alatt dolgozik a műanyaglebontó baktérium?  

A baktériumok sajnos egyelőre sehol nem tudnak olyan rohamtempóban műanyagot lebontani, mint amilyen gyorsaságra a világunknak szüksége lenne, ez további kutatásokat igényel. Az egyik leggyorsabb baktérium-csapat a már említett Poliloop találmánya, amely 6-8 hét alatt bont le egy PET-palackot, tehát polietilént. A PET-palack persze nem csupán polietilénből áll, így további kutatásokra van szükség. 

A nagy viaszmoly (Galleria mellonella) lárvája és az aszalványmoly (Plodia interpunctella) lárvája még a baktériumoknál is gyorsabban fogyasztja a műanyagot, ezt már nem hetekben, hanem napokban is érdemes mérni. Egy viaszmoly lárvája 12 óra alatt 92 milligramm műanyagot képes feldolgozni. A viaszmoly lárvája méhviasszal táplálkozik az első időszakban, amelynek a felépítése hasonló a polietilénhez. Ezért tudja az általa használt igen hatékony enzimekkel nagy sebességgel lebontani a polietilént, alkalmazkodva a másfajta élelmiszerhez. 

Milyen műanyagokat tud lebontani a baktérium?

Elsősorban a polietilénre vannak kihegyezve a baktériumok, amely az egyszer használatos műanyag palackok, zacskók legfőbb alkotórésze. Újabb kutatások szerint a poliésztereket is képesek lebontani bizonyos baktériumok, amely anyag főleg a textiliparban használatos.

Lehetséges-e ipari mennyiségben lebontani a műanyagot a baktériumok segítségével?  

Jelen pillanatban még nem tart ott a tudomány, hogy hatékonyan be lehetne vetni akár a baktériumokat, akár a lárvákat a műanyag lebontásába. Elképzelhető azonban, hogy nemsokára a műanyag-feldolgozók a hozzájuk került műanyagokat akár baktériumok, akár lárvák, akár pusztán az enzimek segítségével nagyüzemben tudják majd lebontatni. Egyelőre ki kell dolgozni a nagyüzemi technológiákat, valamint a PETázt, a baktériumot segítő enzim előállítását kell elérhető árúvá tenni.

Stenszky Cecília I költő, író, pedagógus, valamint a természetközeli élet, a vadon és a könyvek rajongója. Jelenleg szabadúszó szövegíró és mesemondó.