Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Бактерии расщепили мономер полиуретана

2,4-толуолдиамин

Ученые обнаружили бактерию рода Pseudomonas, которая может использовать олигомер полиуретана и его мономер толуолдиамин в качестве единственного источника углерода, азота и энергии. Авторы работы предложили метаболический путь расщепления этих веществ и нашли гены ферментов, которые могут катализировать описанные реакции. Статья опубликована в журнале Frontiers in Microbiology.

Полиуретан — один из самых распространенных видов пластика. Например, в Европе в 2015 году он был пятым по спросу синтетическим полимером, в основном его используют в изоляционных материалах. Эти соединения относят к гетероцепным полимерам, в их состав могут входить эфирные или полиэфирные группы, алифатические, полициклические и ароматические структуры, а также функциональные группы различной природы. Из-за такой неоднородности полиуретаны сложно разлагать как химическим, так и биологическим путем.

Известны способы разложения полиуретанов, которые основаны на простых эфирных связях, бактериями, грибами или выделенными ферментами. Биологическая деградация сложноэфирных полиуретанов изучена хуже и в основном на грибах. В числе продуктов гидролиза полиуретана есть диамины метилендианилин и толуолдиамин, которые Европейское агентство по химикатам признало как опасные (толуолдиамин является канцерогеном).

Мария Эспиноса (Maria Espinosa) из Центра экологических исследований имени Гельмгольца и ее коллеги нашли в местах скопления пластиковых отходов бактерии, которые растут на среде с толуолдиамином. Ученые выращивали эти бактерии на среде, в которой 2,4-толуолдиамин был единственным источником углерода и азота, а затем на средах с другими ароматическими веществами и олигомерами полиуретана. Также проверили токсичность толуолдиамина для других бактерий, которые находились в экспоненциальной фазе роста и развивались на среде с сукцинатом.

Чтобы определить таксономическую принадлежность найденных бактерий, авторы провели полногеномное секвенирование ДНК. Кроме того, они нашли участки ДНК, которые похожи на гены других бактерий, которые кодируют ферменты различных путей деградации ароматических веществ.

По результатам полногеномного секвенирования и анализа профиля жирных кислот бактерии отнесли к роду Pseudomonas, они были ближе всего к видам P. oryzihabitans и P. putida. Бактерии питались 2,4-толуолдиамином, даже если он был единственным источником углерода и азота в среде. Оптимальная концентрация этого вещества для роста бактерий — два миллимоля на литр. Также бактерии росли на субстрате с алифатическим олигомером полиуретана.

Добавление двухмиллимолярного раствора 2,4-толуолдиамина в среду контрольных бактерий, которые находились в экспоненциальной фазе роста и питались сукцинатом, снизило рост колонии на 55 процентов. Более высокие концентрации диамина были значительно более токсичными.

Ученые предложили возможный путь разложения толуолдиамина и гены, которые могут кодировать соответствующие ферменты. Сначала, по их мнению, происходит окисление метильной группы и аминогруппы в орто-положении, в результате образуется катехоламин. После этого, вероятно, эстрадиол-диоксигеназа расщепляет ароматическое кольцо в мета-положении, затем происходит дальнейшая деградация продукта.


Как именно производные толуолиамина встраиваются в метаболические циклы бактерий, необходимо исследовать в дальнейшем. Также следует выделить и исследовать ферменты, которые участвуют в расщеплении производных полиуретана. Возможно, удастся встроить гены этих белков в штаммы бактерий, которые используют биотехнологи, и наладить разложение токсичного мономера.

Ученые активно ищут пути биологического разложения разных типов пластика, и приходят к успеху порой довольно неожиданно. Фермент бактерии Ideonella sakaiensis гидролизует полиэтилентерефталат (ПЭТ), и в процессе его изучения исследователи случайно повысили производительность белка на 20 процентов, пытаясь выключить его.

Алиса Бахарева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.