W2E.RU

Исследователи создали штамм кишечной палочки, способный переваривать полиэтилентерефталат (ПЭТФ) и превращать его в адипиновую кислоту - полезное сырье для производства нейлоновых материалов, лекарств и ароматизаторов.

В исследовании, опубликованном в журнале ACS Central Science, сообщается об использовании этого штамма кишечной палочки для расщепления обычных пластиковых бутылок и других пластиковых отходов.

Каждый день в наши океаны и реки выбрасывается пластик, эквивалентный 2 000 грузовиков с отходами. Инициативы по переработке пластика могут в какой-то мере способствовать решению растущей проблемы пластиковых отходов, поскольку изделия из него можно измельчить, переплавить и превратить в новые изделия, но все же необходимы новые методы борьбы с этими отходами.

Ранее исследователи из Эдинбургского университета сообщили об успешном создании штамма кишечной палочки, способного превращать главный компонент пластиковых бутылок - терефталевую кислоту - в более ценное и востребованное соединение ванилин, которое отвечает за характерный вкус.

Теперь другая группа исследователей Эдинбургского университета под руководством профессора Стивена Уоллеса сообщает об успешном расширении биосинтетических путей E.coli, позволяющих ей метаболизировать терефталевую кислоту в адипиновую кислоту — распространенное сырье, которое обычно получают из ископаемого топлива в ходе очень энергоемкого процесса.

«Мы используем метод, называемый синтетической биологией, когда мы вставляем в кишечную палочку новые фрагменты ДНК, которые программируют клетку на выполнение новых химических реакций», - говорит Уоллес, профессор химической биотехнологии Эдинбургского университета.

«В данном случае мы запрограммировали бактерии на получение адипиновой кислоты из пластиковых отходов, что позволяет изготавливать нейлон для одежды из переработанных пластиковых бутылок».

Кишечная палочка превращает пластиковые отходы в ценное сырье

Новый штамм кишечной палочки вырабатывает ферменты, которые превращают терефталевую кислоту в более короткоцепочечные кислоты, такие как муконовая и адипиновая. Для завершения процесса превращения муконовой кислоты в адипиновую кислоту исследователи использовали второй вид кишечной палочки, выделяющий газообразный водород, и палладиевый катализатор.

Исследователи обнаружили, что прикрепление сконструированных штаммов кишечной палочки к альгинатным гидрогелевым шарикам повышает эффективность их работы. В результате проведенных экспериментов было установлено, что до 79% терефталевой кислоты может быть превращено в адипиновую кислоту с помощью этого первого в своем роде способа биоутилизации.

Подтвердив возможность такого превращения, исследователи протестировали штаммы кишечной палочки, поддерживаемые гидрогелем, на двух реальных образцах: ПЭТ-бутылках и промышленных пластиковых отходах.

«Мы применили эти штаммы как к пластиковой бутылке, найденной на улице, так и к образцу пластиковых отходов, образовавшихся на местном промышленном предприятии в Шотландии, и оба штамма работали очень хорошо» - сказал Уоллес. «Это наглядно демонстрирует нам, как пластиковые отходы могут служить новым сырьем для химического производства, и в настоящее время мы применяем эти результаты для получения ряда различных промышленных продуктов».

Как отмечают исследователи разработка устойчивых методов переработки пластика на биологической основе - это новый подход к созданию круговой экономики в химической промышленности. Новый метод протекает при комнатной температуре, рН окружающей среды и в течение 24 часов, что делает его вполне пригодным для широкого применения.

Похоже, жители больших городов уже смирились, что зимой без реагентов коммунальные службы справиться со снегом просто не в состоянии. В идеальном мире (или городе) с каждым снегопадом на дорогах тут же появляются тысячи уборщиков, которые в режиме реального времени тут же очищают проезжую часть. Но пока единственная возможность не дать городу застыть в глухих пробках — это обработка реагентами. Как это сделать с наименьшим ущербом для людей и животных? Команда ученых из Перми постаралась объяснить доступным языком.

В зависимости от входящих в них компонентов реагенты имеют разные свойства и, соответственно, используются в разных ситуациях.

Например, поваренная соль очень быстро растапливает лед и не замерзает до −16°C. Но на посыпанной ей дороге мгновенно образуется снежная каша. Эта смесь портит машины, вызывая коррозию, разъедает шины, обувь и одежду.

Хлористый магний тоже быстро расплавляет лед, действует до −20°C, но разрушает покрытие дорог. Магний накапливается в почве, высушивает ее, а также может вызвать мутации растений.

Уксуснокислый аммоний действует до −35°C, имеет наименьший показатель коррозионной активности и меньше всех вредит автомобилям. Но не щадит людей и животных, поскольку издает сильный резкий запах уксуса. Кроме того, он гораздо дороже технической соли.

Чем больше в реагенте натриевой соли муравьиной кислоты, тем меньше будет пагубное влияние на металл автомобилей. Более щадяще он воздействует и на бетонное покрытие дорог. Поэтому именно такой реагент ученые рекомендуют использовать в качестве основного.

Андрей Старостин, доцент кафедры химических технологий Пермского политехнического университета: «В присутствии солей кальция скорость разложения солей муравьиной кислоты увеличивается, при этом значительно улучшается качество почв и состояние окружающей природной среды. Эта соль повышает плавящую способность реагента, поскольку ускоряет его „срабатывание“ при взаимодействии со снежно-ледяными отложениями. Она не только самостоятельно разлагается в природной среде, но и способствует очищению биосферы от вредных веществ».

Для обработки тротуаров и дворов обычно используют бюджетную смесь из технической и поваренной соли, иногда добавляя в нее песок. На дорогах добавляют еще компоненты, снижающие коррозию — карбамид, уксусную или муравьиную кислоту и другие реагенты.

Большие загородные трассы посыпают смесью технической соли с песком или мелкими частицами, которые улучшают сцепление шин с дорожным полотном. Тщательнее всего подбирают смесь для взлетно-посадочных полос аэропортов. Там используют составы с содержанием натриевой или калиевой соли муравьиной кислоты. Они не вызывают разрушение бетонного покрытия и самих самолетов, при этом уменьшают риск скольжения и повышают сцепление колес шасси с поверхностью.

Какой бы реагент ни применялся, он всегда вреден для собак. Единственный надежный способ защитить их лапы — надевать на прогулки специальную обувь, но мало кто из домашних питомцев соглашается на это.

Наталья Старцева, старший преподаватель кафедры зоотехники Пермского института ФСИН: «Соли, входящие в состав антигололедных реагентов, раздражают кожный покров и приводят к болезненным ощущениям при ходьбе. Если собака начинает разлизывать лапы зимой, реагенты попадают в ее организм, что может привести к интоксикации».

На самих лапах возникают разные виды дерматитов, образуются покраснения, раны, язвы, отеки, животные начинают хромать. Кроме того, собаки, которые очевидно находятся к реагентам ближе, чем люди, реагируют на резкий запах. Начинается повышенное слюноотделение, отек слизистых, опухание морды — настоящее отравление.

Хозяевам в зимний период прибавляется хлопот. В магазинах появились специальные кремы, воски и аэрозоли, которые создают защитную водоотталкивающую пленку. Маленьких собак многие просто относят на руках к относительно чистому месту. В любом случае приходится уже не просто протирать лапы после прогулки, а мыть их с мыльным раствором.

Усложняется уход и за обувью, которая под влиянием реагентов портится гораздо быстрее. Соли, попавшие на кожу или замшу, высыхая, кристаллизуются и как бы прорастают, образуя белые разводы, вздутия и разрушение материала. Он практически дубеет и справиться с этим на данном этапе уже невозможно. Избежать этого можно, обрабатывая обувь специальными водоотталкивающими пропитками и кремами на основе воска, а также протирать ботинки и сапоги, каждый раз приходя домой. Меньше всего уязвима обувь из мембранных водостойких материалов.

Несмотря на то, что сейчас все реагенты относятся к веществам третьего или четвертого класса опасности, то есть декларируются как неопасные и нетоксичные, негативное влияние на людей они все же оказывают.

Дело в том, что реагенты негативно воздействуют на шины и колесные диски автомобилей. При истирании покрышки выделяют большое количество химических компонентов — углерод, серу, оксид кремния. Мелкие частицы отделяются и в сухую погоду создают в воздухе взвесь мелких частичек, которая разносится ветром и попадает в верхние дыхательные пути и глаза.

Лариса Рудакова, заведующая кафедрой охраны окружающей среды Пермского политехнического университета: «В периоды потепления рекомендуется носить маски или же закрывать шарфом дыхательные пути. В процессе таяния вредные химикаты попадают в почву, испаряются и могут попасть в организм человека. Контакт с реагентами происходит и, например, во время игры в снежки с грязным снегом или прикосновения к обуви. Поэтому лучше всего надевать перчатки или варежки».

Существуют исследования, которые свидетельствуют о загрязнении почв и водоемов, прилегающих к автотрассам. Снизить вред можно лишь соблюдая правила содержания дорог. Их необходимо оперативно убирать, а также быстро вывозить снег на специальные плавильные станции. Во многих регионах запрещено складировать убранную массу на газонах, однако не всегда это правило соблюдается.

Альтернативы реагентам есть, но дорогостоящие. Например, строительство подогреваемых дорог с системой отведения и очистки стоков. Еще есть вариант противогололедного асфальта, в который при укладке добавляется поваренная соль — но эта технология пока еще проходит испытания. Ну а из сравнительно недорогого, но экологичного — использование в качестве реагента огуречного рассола, а вместо песка — кофейного жмыха.

По материалам: pstu.ru, naked-science.ru

Семиклассник из гимназии «Сколково» придумал, как использовать насекомых в борьбе с отходами. Вместе со своим учителем Юрий Мельников три года назад начал исследовать свойства восковых огневок. И теперь заявляет, что этот вид моли может перерабатывать весь полиэтилен, который выбрасывается в Москве. Правда, для этого личинок должно быть очень много – 3 триллиона.

Восковая моль отличается от своих собратьев тем, что поедает вовсе не шубы, а воск – за что и получила свое название и по причине чего её очень не любят пчеловоды. Гусеницы моли, попав в улей, питаются медом и пергой (пыльцой, сложенной в соты и залитой медом), затем принимаются за сами соты, рамки и утеплительный материал.

В 2017 году в журнале «Current biology» было опубликовано исследование, в котором ученые доказывали, что гусеницы большой восковой моли (или, как ее еще называют, пчелиной огневки) способны разлагать полиэтилен. В ходе 12-часового эксперимента около 100 гусениц съели 92 мг пластика. Авторы утверждали, что полиэтилен не просто сгрызли, а расщепили химически, после чего образовался этиленгликоль.

Проанализировав множество публикаций, Юра со своей командой разработал несколько видов контейнеров для огневок с разными параметрами питания, температуры и света. 150 дней они наблюдали за пятью поколениями личинок, чтобы установить, при каких условиях они быстрее всего поедают полиэтилен.

В итоге на большой научной конференции был представлен прототип установки – несколько контейнеров размеров с аквариум, связанных между собой.

Вдохновителем разработки и главным помощником Юры стала его мама, которая, несмотря на боязнь насекомых, согласилась устроить в доме лабораторию. Она также ездит с Юрой на предприятия по переработке отходов, чтобы на месте изучить нужды отрасли. Поддерживают мальчика и преподаватели гимназии.

Удалось даже получить статус резидента инновационного центра и оформить там заявку на получение гранта. Семиклассник со своей компанией «Ем полимер» мыслит глобально и собирается масштабировать разработку в промышленности. По словам Юры, за месяц популяция восковой моли увеличивается в 100 раз. Если вырастить 3 триллиона личинок, они смогут съесть столько полиэтилена, сколько образуется в Москве за год.

Пищевые отходы частенько попадают на свалки, где они гниют, выделяют опасные газы, горят. А если остатки еды не выбрасывать, а получать из них полезные удобрения? Эту идею удалось осуществить нижегородским школьникам, которые создали «Экоумницу» – передвижную станцию, превращающую пищевые отходы в полезные удобрения. Расскажем об изобретении юных экоактивистов подробнее.

Еще будучи учениками младших классов, братья Леман – 13-летний Игорь и 11-летний Глеб – всерьез увлеклись экологией. Однажды на даче во время компостирования отходов ребятам пришла в голову необычная идея – попробовать создать автоматизированную станцию, которая будет преобразовывать пищевые остатки в полезный для почвы продукт. И у них это получилось!

Изобретение школьников работает по принципу ускоренной биоферментации. При этом чудо-машина, внешне очень похожая на мультиварку, перерабатывает органику полностью за 24 часа – без гниения, запаха и горения!

«Экоумница» помогает достичь сразу трех целей: во-первых, забыть о зловонном мусорном ведре, во-вторых, создает полезный для почвы компост, в-третьих, приучает со школьной скамьи к раздельному сбору отходов и экотехнологиям.

После ряда успешных испытаний на базе Каменской школы экостанцию решили поставить в кабинете технологии – там девочки учатся готовить, а остатки пищи как раз перерабатывают в удобрения.

Но и это еще не все. Проект «Передвижная станция Эко-Умница» запускается еще в 10 школах Нижегородской области, где юные экоактивисты проведут экологические практикумы для учащихся по компостированию органики. А полученные удобрения используют для озеленения школьной территории.

Кстати, организатором данного проекта стала мама братьев-изобретателей – Екатерина Леман.  «Мы посчитали, что каждая семья нашего села производит по 2 кг органических отходов в день, а ведь их можно перерабатывать в удобрения!», – поделилась она.

Игорь и Глеб искренне верят, что вскоре их чудо-станция появится в каждом доме, чтобы жители могли грамотно и с пользой для природы утилизировать пищевые отходы. В будущем ребята планируют создать целый кампус «Эко-Умница», чтобы привлечь ещё больше внимания к экологии.