このプラスチックには内部から食べるバクテリアが含まれています

プラスチック廃棄物が環境中に長年にわたって残る理由の 1 つは、プラスチック廃棄物を分解できる生物が存在しないという事実です。 ほとんどのポリマーの化学構造は安定しており、既存の食物源とは十分に異なるため、バクテリアがポリマーを分解する酵素を欠いています。 しかし、進化によりこの状況は変わり始めており、一般的なプラスチックを消化できる菌株がいくつか確認されています。

国際的なチーム 研究者 彼らはこれらの菌株を利用し、プラスチックを消費するバクテリアを材料内に閉じ込めることにしました。 使用中に消費されないように、バクテリアは休眠種子として混入されており、環境中に放出されたときにのみプラスチックの処理が開始されるはずです。 これを機能させるために、研究者らは製造プロセスに耐えられる細菌株を開発する必要がありました。 進化したバクテリアがプラスチックをさらに強くしたことが分かりました。

プラスチックは、化学結合によって結合された同一分子の長い鎖であるポリマーから形成されます。 これらは化学的に分解できますが、そのプロセスは多くの場合エネルギーを大量に消費し、有用な化学物質は残りません。 別の方法は、バクテリアにそれをやってもらうことです。 ポリマーの化学結合を破壊する酵素を持っている場合、多くの場合、結果として生じる小分子をエネルギー源として使用できます。

問題は、ポリマー内の化学結合が生物が過去に遭遇した化学物質とは異なることが多いため、ポリマーを分解する酵素が希少であることでした。 しかし、プラスチックに何十年もさらされるうちに状況は変わり始め、最近ではプラスチックを消費する細菌株が数多く発見されています。

ただし、この分解プロセスでは、バクテリアとプラスチックが環境内で互いに見つけ合う必要があります。 そこで研究者グループはプラスチック自体の中に細菌を入れることにした。

彼らが加工したプラスチックはこう呼ばれます 熱可塑性ポリウレタン (TPU）、これは自転車のインナーチューブからイーサネットケーブルのコーティングに至るまで、あらゆる場所で見られます。 幸いなことに、彼らはすでに TPUを分解する細菌を特定と呼ばれる種を含む 枯草菌、私たちの消化管にも定着している無害な土壌細菌です。 B. subtilis には、このタスクに非常に役立つ機能もあります。 種子を形成します。

この機能は、材料に細菌を埋め込む際の最大の問題の 1 つである、材料が生物が成長できる環境を提供しないことが多いという問題に対処します。 一方、種子は細菌によって、通常では耐えられない条件に耐えるために使用され、状況が改善されると通常の成長に戻ります。。 新しい研究の背後にある考え方は、B. subtilis の胞子は TPU の使用中は休眠状態にあり、廃棄されると再活性化して消化するというものです。

研究者らの最初の問題は、TPU 製品の製造には通常、バクテリアを殺すために高温でプラスチックを押し出すことが含まれるということでした。 この場合、標準的な製造温度 (130℃) では、わずか 1 分で枯草菌の胞子の 90% 以上が死滅することがわかりました。

そこで彼らは、枯草菌の種子を、ほとんどの細菌を死滅させるのに十分な低温と短時間の熱にさらすことから始めました。 生き残った個体は成長し、胞子が形成され、その後、わずかに長い発情期またはさらに高い温度にさらされました。。 時間の経過とともに、B. subtilis は、元の株のほとんどが死滅するであろう 30 分間の温度に耐える能力を発達させました。 得られたひずみは TPU に組み込まれ、通常の押出プロセスによってプラスチックに成形されます。

プラスチックの中に生物由来の物質を大量に入れるとプラスチックが弱くなるのではないかと予想される人もいるでしょう。 しかし、その逆が真実であることが判明し、引張強度のさまざまな測定により、種を含むプラスチックの方が純粋なプラスチックよりも強いことが示されました。 種子の表面は水をはじき、プラスチックのポリマー鎖と強く相互作用することが判明しました。 T耐熱性の細菌株はさらに強力に水をはじき、これらの種から作られたプラスチックはさらに耐久性が高かった。

プラスチックの埋め立てまたは廃棄をシミュレートするために、研究者らはプラスチックを堆肥の中に入れました。 バクテリアがいなくても、堆肥の中に 5 か月以内に TPU を分解する微生物が存在し、単純な TPU は質量のほぼ半分を失いました。 しかし、枯草菌の種子が埋め込まれている場合、プラスチックは同じ時間内に質量の 93% を失いました。

これは、プラスチック問題が解決されたことを意味するものではありません。 どうやらTPUは比較的壊れやすいようです。 プラスチックの多くはあまり分解されず、細菌胞子の混入に適していない可能性があります。 さらに、TPU の使用によっては、食品の取り扱いや埋設配線など、胞子を活性化させる環境にプラスチックがさらされる可能性があります。 それにもかかわらず、この新しい切断プロセスが場合によっては解決策を提供する可能性があり、さらに調査する価値があります。

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