Вчені щойно спостерігали, як мікроби поїдають пластик LAHB за температури 3,6°C на глибині 855 м, перетворюючи його на нешкідливий CO₂ та воду. Японська дослідницька група продемонструвала, що новий мікробний поліестер під назвою полі (D-лактат-ко-3-гідроксибутират), або LAHB, може біорозкладатися на глибоководному дні, тоді як звичайні біопластики залишаються неушкодженими.
Під час випробувань на глибині 855 метрів під поверхнею плівки LAHB втратили понад 80 відсотків своєї маси лише за 13 місяців, що дає надію на пластикові альтернативи, які не затримуватимуться десятиліттями в найвіддаленіших середовищах океану.
Глибоководне випробування підтверджує швидке розкладання
Вчені занурили два типи плівок, щоб перевірити стійкість LAHB в одному з найсуворіших середовищ існування на Землі. Одна містить приблизно 6 відсотків молочної кислоти (P6LAHB), а інша – 13 відсотків (P13LAHB) поблизу острова Хацусіма, Японія. Стандартна полілактидна (PLA) плівка, яка широко використовується в споживчій упаковці, слугувала контролем. Температура коливалася близько 3,6°C, з високою солоністю, низьким вмістом кисню та тиском роздавлювання, що зазвичай є несприятливими для мікробної активності.
Через сім місяців зразок P13LAHB з вищим вмістом лактату вже втратив 30,9 відсотка своєї ваги. До тринадцятого місяця обидва варіанти LAHB втратили понад чотири п’ятих своєї початкової маси, їхні поверхні потріскалися та вкрилися мікробними біоплівками. Плівка PLA, навпаки, залишилася неушкодженою, не демонструючи втрати ваги, поверхневих точкових утворень чи мікробної колонізації.
«Наше дослідження вперше демонструє, що LAHB, мікробний поліестер на основі лактату, піддається активному біорозкладу та повній мінералізації навіть на глибоководному дні, де звичайний PLA залишається повністю нерозкладним», – пояснює професор Сейічі Тагучі з Інституту регенерації води Університету Сінсю, який керував роботою разом з колегами з JAMSTEC та Університету Гумма.
Мікробна командна робота призводить до руйнування
Генетичні та біохімічні аналізи виявили розподіл праці між мікроорганізмами, що чіпляються до LAHB. Домінантні гаммапротеобактерії, включаючи такі роди, як Colwellia, Pseudoteredinibacter, Agarilytica та UBA7957, секретували позаклітинні деполімерази, які розрізали довгі полімерні ланцюги LAHB на менші димери та тримери. Деякі види, зокрема UBA7959, виробляли додаткові олігомерні гідролази, які розщеплювали ці фрагменти на окремі будівельні блоки, такі як 3 гідроксибутират (3HB) та лактат.
Після вивільнення ці мономери ставали їжею для інших членів спільноти, включаючи Alpha‑proteobacteria та Desulfobacterota, які метаболізували ці сполуки на вуглекислий газ, воду та солі. Разом консорціум досяг того, чого мало хто з пластиків досягає на такій глибині: майже повної мінералізації без залишення мікропластикових залишків.
Крок до матеріалів, безпечних для океану
Прогнозується, що забруднення пластиком значно перевищить 353 мільйони метричних тонн, вироблених у 2019 році, і приблизно 1,7 мільйона тонн щорічно потрапляє у водні екосистеми. Оскільки течії збирають плавучі відходи у величезні «сміттєві плями», вчені шукають полімери, які дійсно зникають у морському середовищі. Успіх LAHB у холодних, бідних на поживні речовини водах свідчить про те, що це може допомогти подолати цю прогалину.
«Це дослідження стосується одного з найважливіших обмежень сучасних біопластиків — їхньої відсутності біорозкладності в морському середовищі. Показуючи, що LAHB може розкладатися та мінералізуватися навіть у глибоководних умовах, дослідження пропонує безпечніші альтернативи традиційним пластикам та підтримує перехід до циркулярної біоекономіки», — каже професор Тагучі.
Результати дослідження опубліковані в онлайн-версії журналу «Деградація та стабільність полімерів» та будуть опубліковані в друкованому виданні журналу від 1 жовтня 2025 року (том 240). За умови масового виробництва споживчі товари з цього матеріалу можуть одного дня зменшити постійне пластикове навантаження, що накопичується у світовому океані. Невелика, але важлива перемога в ширшій боротьбі із забрудненням морського середовища.