Чемпион под микроскопом: как бактерии обучают утилизировать мусор и почему они спасут мир

Вероятно, спасение человечества от глобального потепления, загрязнения окружающей среды кроется под микроскопом. Рассказываем, как ученые по всему миру изучают бактерии, чтобы научить их разлагать пластик, утилизировать выброшенные смартфоны и почему только микроорганизмы способны разлагать нефтяные пятна в открытом океане.

Об эволюционном потенциале бактерий – как-никак самых неистребимых, на пару с мицелием, организмов, живущих на планете более трех миллиардов лет, говорят не только биотехнологи, микробиологи и биоинженеры, но и философы с антропологами.

Последние 10 лет об осознании важности бактерий и встраивании микроорганизмов в жизнь человека много пишут философы. Юджин Такер, Бен Вудард, Тимоти Мортон и Дилан Тригг, преподающие в престижных университетах по всему миру, утверждают, что будущее мира за более тесными связями между человечеством и макрожизнью.

Здесь важно оговориться: о микроорганизмах принято говорить с некоторым оттенком пренебрежения, как о некоем неудобном и даже неприятном феномене или остатке природы. Тот же Юджин Такер отмечает, что в каком-то смысле люди – больше бактерии, чем собственно люди. В нашем организме в 10 раз больше бактериальных клеток, чем клеток человека, свойственных исключительно нашему виду. Поэтому, вероятно, нам следует пересмотреть привычную картину мира и начать относиться к бактериям как к союзникам в новом мире.

И все же – почему? Почему о макрожизни пишут так много, а возможное улучшение качества жизни (или даже спасение) нашего вида зависит от невидимых невооруженным глазом бактерий? Тимоти Мортон пишет, что спасение – в способности бактерий «прибирать» за нами. Если чуть сложнее: микроорганизмы и выделяемые ими ферменты используют в процессе под названием «биодеградация» (процесс разложения сложных веществ с помощью живых организмов).

Вероятно, самое важное открытие произошло в 2016 году. Тогда японские ученые обнаружили, что микроорганизмы способны перерабатывать пластик. Исследовательская группа собрала образцы воды, ила и почвы возле завода по переработке бутылок в Осаке и, анализируя образцы, обнаружила бактерию ideonella sakaiensis, питающуюся конкретным видом пластика (ПЭТ), из которого изготавливают бутылки. Позже эксперименты по выявлению бактерии были сделаны в США и Германии. Важным открытие было не потому, что бактерия помогает перерабатывать пластик (все же темп переработки ею пластика явно недостаточно высок), а то, что подобный микроорганизм существует и его можно модифицировать.

Биоинженерия способна видоизменять геном живых организмов и оптимизировать его характеристики. Так, модификация ideonella sakaiensis поможет бактерии перерабатывать пластик в десятки, а может быть, и в сотни раз быстрее. Уже в 2018 году британские ученые из Портсмута видоизменили характеристики бактерии так, что они смогли переработать пластик всего за несколько дней. Еще один сложный процесс биодеградации, который не под силу человеку и современным технологиям, – это разложение нефти. Вы наверняка видели эти обескураживающие фотоотчеты: испачканные по голову нефтью птицы, тонны умерших рыб и водных млекопитающих. Упразднить разлив нефти помогут не десятки команд быстрого реагирования, а невидимые бактерии. Если люди способны собирать нефтяные продукты на поверхности океана, то на данном этапе ни одна технология не способна добраться до глубоководных районов океана, куда также попадают продукты нефти. Бактерии alcanivorax borkumensis это под силу. Она проникает на глубокодонные уровни, разрушая кольцевые структуры углеводородов в нефти.

Еще один, куда менее очевидный вид загрязения – электрический. В прошлом году человечество установило рекорд по так называемым е-отходам, или электрическим отходам, – 53, 6 миллиона. Организация по мониторингу электронных отходов утверждает, что к 2030 году суммарный объем достигнет 74–75 миллионов тонн. Все дело в том, что большинство пользователей не заботятся о корректной утилизации отслуживших свое гаджетов и устройств – от смартфонов и планшетов до батареек (хотя и существуют сборочные пункты техники, доставляющие отходы на специализированные заводы переработки). Из-за халатности техника, как правило, валяется на свалках, где токсичные щелочи, оксиды цинка и ртути просачиваются в почву и подземные воды. Бактерия chromobacterium violaceum вырабатывает фермент виолацеин, способный нейтрализовать токсичные вещества.

Вероятно, кажется странным прочтение философских или тем более профильных книг об итеграции бактерий в повседневную жизнь. Однако вторая половина предыдущего века и наше столетие показывают, что наука и гуманитарная мысль сменяют политику, все больше укрупняя скрытые от невооруженного глаза уровни. Более живучие, повсеместные, практически неистребимые. И, скорее всего, ключ к выживанию и прогрессу кроется в их незаметной жизни.