Znečištění plasty je jedním z nejvážnějších ekologických problémů, kterým naše planeta čelí v 21. století. Každý rok pocházejí miliony tun plastového odpadu z různých zdrojů, jako je zemědělství, průmysl a spotřební zboží. Velká část tohoto plastového odpadu končí na skládkách nebo v oceánech, kde představuje hrozbu pro divokou zvěř, ekosystémy, lidské zdraví a změnu klimatu.
reklama
V současné době existuje několik způsobů likvidace plastového odpadu: recyklace, biodegradace, spalování a pyrolýza. Tyto technologie však mají své nevýhody a problémy. Recyklace vyžaduje třídění, čištění a likvidaci plastového odpadu, takže je drahá a neefektivní. Biodegradace závisí na typu a složení plastových materiálů, které se mohou značně lišit a ovlivnit jejich náchylnost k mikrobiální degradaci. Spalování a pyrolýza zahrnují spalování nebo zahřívání plastového odpadu, což vede k uvolňování škodlivých emisí do atmosféry.
Kdy bude existovat další efektivnější a ekologičtější způsob boje proti znečištění plasty? V tomto článku se podíváme na to, jak nám houby mohou pomoci v boji proti znečištění plasty tím, že rozloží jeden z nejběžnějších a nejtrvalejších typů plastů: polyethylen.
Hory plastů a polyetylenu lze nalézt na každé skládce na světě.
reklama
Polyethylen je syntetický polymer, který se vyrábí z ethylenu, což je uhlovodík získávaný z ropy nebo zemního plynu. Polyethylen má mnoho vlastností, díky kterým je užitečný pro různé aplikace, jako je flexibilita, trvanlivost, pevnost, chemická odolnost a nízká cena. Polyetylen se používá k výrobě plastových sáčků, lahví, potravinářských fólií, nádob na potraviny, hraček, tub a mnoha dalších produktů.
Tyto stejné vlastnosti však také znesnadňují většině mikroorganismů rozklad polyethylenu. Polyetylen je hydrofobní, to znamená, že odpuzuje vodu a nerozpouští se ve vodě. To znesnadňuje mikroorganismům přístup k polymerním řetězcům a v důsledku toho je ničí. Polyethylen má také vysokou molekulovou hmotnost a vysoký stupeň krystalinity, což znamená, že má dlouhé, hustě sbalené polymerní řetězce, které jsou odolné vůči enzymatickému napadení. Polyetylenu může trvat stovky nebo tisíce let, než se přirozeně rozloží na skládkách nebo v oceánech.
Vědci z University of Kelaniya a University of Peradeniya na Srí Lance objevili druh hub, které dokážou rozkládat polyethylen. Své výsledky zveřejnili v časopise PLOS ONE – 25. srpna 2023.
reklama
Vědci zjistili, že některé stromy z tvrdého dřeva, jako je železné dřevo a eben, se mohou v přírodních podmínkách rozkládat navzdory vysokému obsahu ligninu, polymeru, který dává dřevu pevnost a odolnost. Lignin je také obtížně degradovatelný většinou mikroorganismů kvůli jeho složité a heterogenní struktuře. Vědce zajímalo, zda houby, které dokážou rozložit lignin, mohou rozložit i polyethylen.
Aby vědci ověřili svou hypotézu, shromáždili vzorky hub z rozkládajících se stromů z tvrdého dřeva v lesní rezervaci na Srí Lance. Identifikovali čtyři druhy hub, které k nim patří aspergillus niger, Penicillium chrysogenum, Pestalotiopsis microspora и Trichoderma harzianum. Tyto houby byly poté uchovávány v oddělených nádobách s kousky tvrdého dřeva a vzorky polyethylenu po dobu 45 dnů. Měřili úbytek hmotnosti dřeva a plastu před a po ošetření houbou. Analyzovali také změny v povrchové morfologii a chemickém složení plastových materiálů pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM) a infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR).
Kolonie hub Aspergillus niger.
Výsledky ukázaly, že všechny čtyři druhy hub byly schopné ničit tvrdé dřevo i polyethylen. Dřevo po ošetření houbou ztratilo přibližně 1,2 % až 35,8 % své hmotnosti a plasty přibližně 7,4 % až 47,8 % své hmotnosti. SEM snímky ukázaly, že po ošetření houbami se plastové povrchy staly drsnějšími a poréznějšími, což ukazuje na kolonizaci a degradaci houbami. FTIR spektra ukázala, že po ošetření houbami došlo v plastových materiálech k oxidačním a hydrolyzačním reakcím, které vedly ke vzniku karbonylových (C=O), karboxylových (COOH), hydroxylových (OH) a etherových (COC) skupin.
reklama
Tyto výsledky naznačují, že houby, které mohou degradovat lignin, mohou také degradovat polyethylen pomocí podobných enzymů a mechanismů.
Jak houby ničí polyethylen?
Aspergillus niger, Penicillium chrysogenum, Pestalotiopsis microspora a Trichoderma harzianum jsou eukaryotické organismy patřící do říše Houby. Jsou tvořeny mikroskopickými vlákny zvanými hyfy, které tvoří síť zvanou mycelium. Houby se živí organickou hmotou, vylučují enzymy, které štěpí složité molekuly na jednodušší, které mohou být absorbovány hyfami.
Plísně mohou rozkládat polyethylen pomocí enzymů, které normálně rozkládají lignin. Lignin je polymer nacházející se v rostlinných buněčných stěnách, zejména v tkáních dřeva. Lignin dodává dřevu pevnost a odolnost, ale také ztěžuje rozklad pro většinu mikroorganismů. Lignin má komplexní a heterogenní strukturu, skládající se z různých aromatických jednotek spojených různými typy vazeb.
Je známo, že houby rozkládají lignin pomocí dvou typů enzymů: lakázy a peroxidázy. Lakázy jsou enzymy obsahující měď, které katalyzují oxidaci fenolických sloučenin redukcí molekulárního kyslíku na vodu. Peroxidázy jsou enzymy obsahující železo, které katalyzují oxidaci fenolických sloučenin pomocí peroxidu vodíku jako akceptoru elektronů. Tyto enzymy mohou rozkládat různé vazby v ligninu a vytvářet volné radikály, které mohou lignin dále degradovat.
Vědci zjistili, že tyto 4 druhy hub mohou používat stejné enzymy k degradaci polyethylenu oxidací „vazeb uhlík-uhlík“ v polymerních řetězcích. To vede k tvorbě karbonylových skupin (C=O), které činí polyethylen hydrofilnějším (vodu milující) a náchylným k hydrolýze (štěpení vody). Hydrolýza rozkládá polyethylen na menší molekuly, jako jsou alkoholy, aldehydy, ketony a karboxylové kyseliny.
Vědci věří, že houby pomohou lidstvu vyrovnat se s problémem znečištění plasty a zbaví nás polyethylenu, jednoho z nejběžnějších a nejodolnějších druhů plastů. Zjištění naznačují, že houby mohou používat enzymy, které se normálně podílejí na degradaci ligninu, k oxidaci a hydrolýze polyethylenu na jednodušší molekuly. K tomu nám pomohou čtyři druhy hub, které dokážou polyetylen rozložit za 45 dní.
