A baktériumok fogják eltakarítani utánunk a szemetet?

Nehezen emészthető probléma

Márpedig a műanyag eltüntetésére legalább akkora szükségünk van, mint az Ideonella sakainesisnek a PET-ben található tápanyagra. Iszonyatos mennyiségű műanyagot termelünk [PDF]: csak 2014-ben 311 millió tonnát állítottunk elő, ami óriási növekedés az 1964-es 15 millió tonnához képest, és ilyen tempó mellett a következő 20 évben újabb duplázódás várható.

Ennek a műanyaghalomnak pedig fontos részét adja a PET, amellyel az üdítős flakonoktól ételek csomagolásán át a ruhákig és szőnyegekig számos formában találkozhatunk nap mint nap. Jó hír, hogy a PET egyúttal magasan a legnagyobb arányban újrahasznosított műanyagfajta is, de még ez is csak annyit jelent, hogy a PET-tárgyak felét gyűjtik össze ilyen célból, és ezek töredékét hasznosítják valóban újra.

A műanyagprobléma megoldásárára alapvetően két út látszik. Az első a bioműanyagok, például a cellulózalapú vegyületek, amelyek biológiailag lebomló alternatívát jelenthetnek bizonyos alkalmazási területeken. Ezek a gyorsabb bomlás mellett már csak azért is ígéretesek, mert a legtöbb hagyományos műanyag petróleumszármazékból készül.

A globális olajtermelés 6 százalékát a műanyaggyártás emészti fel, ami nagyjából ugyanannyi, mint amit repülésre használunk el. A műanyaghasználat számos pozitív környezeti hatással is jár, de emellett az, hogy fosszilis energiaforrásra épül, nem szerencsés a klímaváltozás szempontjából.

De bármennyire ígéretek vagy fejlődő terület, a bioműanyag csak részlegesen vagy hosszabb távon segíthet. Mi lesz viszont azzal a rengeteg műanyaggal, ami már most – és azért még a jövőben is jó darabig – a világra ömlik? Erre a kérdésre adna választ a második út:

A legtöbb műanyag polimerláncai szénalapú monomerekből épülnek fel, ezért elméletileg jó tápanyagforrásként szolgálhatnának a lebontást végző mikroorganizmusok számára, a gyakorlatban viszont nagyrészt mégse biológiailag lebomló anyagok. Egyszerűen azért, mert nincs olyan élőlény, amely tudná, hogyan fogjon neki az elfogyasztásuknak.

A baktériumok és gombák a természetben megtalálható anyagokkal párhuzamosan fejlődtek, ezért rengeteg idejük volt kialakítani azokat a biokémiai módszereket, amelyekkel ezeket képesek a saját céljukra hasznosítani, vagyis lebontani.

Műanyagok viszont még alig száz-százötven, PET pedig mindössze hetvenöt éve létezik, ezért nem volt elég idejük ahhoz, hogy alkalmazkodjanak, és megtanulják felbontani a mesterséges anyagok szokatlanul erős szénkötéseit. Mármint mostanáig.

Műkedvelő baktérium

A frissen azonosított Ideonella sakaiensis viszont éppen erre képes: lebontja a PET-et, és az eredményül kapott elemeiből táplálkozik. A kutatók nem véletlenül botlottak bele, módszeresen kerestek valami hasonló élőlényt. Sorban túrták fel a PET-lerakóhelyeket, hogy mintákat gyűjtsenek a műanyagra rakódott mikroorganizmusokból. Összesen 250 mintát vizsgáltak meg, ezek között akadtak rá az új baktériumra.

Az Ideonella sakaiensis 30 Celsius-fokon hat hét alatt teljesen lebontotta az egyszerű PET-réteget, amellyel megkínálták. A kutatók két enzimet azonosítottak, amelyek részt vesznek a lebontásban: az első egy köztes anyaggá alakítja a műanyagot, ezt pedig már a második képes a PET alapelemeire, a tereftálsavra és etilénglikolra visszabontani.

Ez két szempontból is igen figyelemreméltó. Egyrészt

egy soha nem látott anyagot tanult meg villámtempóban megemészteni egy élőlény. Másrészt – és a konkrét téma szempontjából ez most a fontosabb – a kutatóknak sikerült azonosítani magát a gént is, amely a lebontást végző enzimet termeli. Ez azért jelentős mozzanat, mert jobban megérthető maga a lebontási folyamat, sőt mesterségesen is előállítható az enzim, így megnyílhat az út az ipari mértékű lebontás felé is.

Bár a maga nemében első az Ideonella sakainensis, nem ez az első eset, hogy műanyagevő élőlényt találtak. Tavaly azonosítottak például egy gombafajt, amely szintén képes a PET lebontására. A gombákkal viszont nehézkesebb és drágább dolgozni, ezért fontosabb eredmény gyakorlati szempontból a baktérium megtalálása. Más műanyagtípussal kapcsolatban is vannak már eredmények, egy lisztkukac emésztőrendszerében lakó, szintén tavaly felfedezett baktérium például a hungarocellre harap rá előszeretettel, egy másik gomba pedig a poliuretánra (PUR) fanyalodik rá, ha nincs más táplálék.

PET-projekt

Bár a tudósok nagyrészt egyetértenek, hogy fontos eredményről van szó, az még nem világos, hogy hogyan lehet és érdemes majd hasznosítani. Pláne hogy mikor.

Az egyik lehetőség egyszerűen ráereszteni a műanyagéhes baktériumokat a természetben felhalmozódott műanyaghegyekre, például az környezetszennyezés szimbólumává vált, óceánon úszó szemétszigetekre. Erre a környezettisztító funkcióra a most felfedezett baktérium viszont nem alkalmas, hiszen csak a PET-et képes lebontani, az pedig pont nem gyűlik szigetekbe a vízen, mert túl sűrű ahhoz, hogy lebegjen a felszínén. Viszont a felfedezés, pontosabban az a része, hogy sikerült szintetizálni a baktérium által használt enzimet, segíthet általánosabban is működő műanyagemésztő enzimek előállításában.

Arról nem is beszélve, hogy ahhoz hasonlóan, ahogy most rátaláltak az Ideonella sakaiensisre, úgy könnyen lehet, hogy még több, más műanyagok emésztésére képes faj is kifejlődött már, csak azokat is meg kell találni most, hogy már tudjuk, mit is keresünk.

Ennek is vannak viszont veszélyei, felszabadulhatnak mérgező anyagok egyes műanyagtípusokból bomlás közben. A World Economic Forum jelentése [PDF] szerint az óceánban található 150 millió tonna műanyag 23 millió tonnányi olyan adalékanyagot tartalmaz, amelyek a természetbe kerülve veszélyesen lehetnek, a gyors lebomlás pedig meggyorsíthatná ezt a folyamatot. Lehet, hogy még mindig kevésbé káros ezeket szépen békén hagyni, és a még menthető részre koncentrálni.

A másik irány ugyanis a már a környezetbe került műanyagszemét kezelése helyett azt célozza, hogy a még forgalomban lévő műanyagokat hatékonyabban és teljesebben tudjuk újrafeldolgozni. A PET jelenlegi újrahasznosítása azt jelenti, hogy az összegyűjtött hulladékból új termékeket gyártanak: újabb üvegeket, táskát, szőnyeg, töltőanyagot ruhákhoz, stb. Ezek a második körös termékek azonban többletenergia felhasználásával készülnek, és az olvasztás-újraformálás során romlik az anyag minősége is. Ezért a cégek gyakran kevésbé is szeretik használni az újrafelhasznált műanyagot.

A fenntartható megoldás az lenne, ha egyszerűen fel lehetne bontani, és az alapanyagaiból újra előállítani. Kérdés, hogy sikerül-e ezt költséghatékonyan megoldani, hiszen anélkül a műanyagipart nyilván nem fogja érdekelni a dolog. Ha viszont igen, akkor talán a gyártók is motiváltabbak lennének, mint a hagyományos újrahasznosításban.

Evolúció, egy kis rásegítéssel

Az új baktérium megtalálása tehát fontos lépés, nemcsak a PET széleskörű használata miatt, de azért is, mert jobban tudnak vele dolgozni a kutatók, mint a gombákkal. Mindez viszont nem azt jelenti, hogy jövő héten indulnak az Ideonella sakaiensissal megrakott kamionok a szeméttelepekre – a gyakorlati alkalmazás még messze van.

Egyelőre csak laboratóriumi körülmények között tesztelték a módszert, inkább csak annak bizonyítására, hogy elvileg, kontrollált körülmények között működhet. De például a természetbe engedve jóval nehezebb lenne rávenni a baktériumokat, hogy valóban a PET-palackokat kezdjék emészteni, ne a környezetükben megtalálható, sokkal könnyebb falatokat.

Emellett még túl lassú is a módszer, pláne hogy a nem a baktérium számára előkészített, hanem a valóban felhasznált, komplexebb PET lebontásához még több időre van szüksége. A kutatók génmanipulációval akarják javítani a a lebontóképességét, hogy gyorsabb és hatékonyabb legyen. Erre az egyik lehetőség a lebontásban részt vevő enzimekért felelős gént átültetni egy gyorsabban növekvő baktériumfajtába, például a kólibaktériumba. Ez már csak azért is praktikus lenne, mert amíg az Ideonella sakaiensis megemészti mindkét bomlásterméket, a kólibaktérium a tereftálsavat kiválasztja, vagyis könnyebben lehetne azt újra felhasználni műanyaggyártáshoz.

Azt mindenesetre megmutatja ez a felfedezés, hogy a természet nem nézi tétlenül, mit művelünk vele, hanem a maga komótos módján, de szépen elkezd alkalmazkodni. A kutatók pedig folyamatosan keresik az újabb mikroorganizmusokat, amelyek képesek átrágni magukat az egyre csak gyűlő szeméthegyen.