プラスチック分解バクテリアは、プラスチック汚染をめぐって拡大する危機に対する将来の解決策となる可能性があります。高分子量ポリマーは非常に頑丈で分解しにくいですが、適切な技術を適用すれば不可能ではありません.
地面に落ちても粉々にならない頑丈なケチャップ ボトルに感謝するかもしれませんが、同じボトルが分解するのに 400 年以上かかることを知って、それほど嬉しくないかもしれません。
私たちはプラスチックを頻繁に使用するため、プラスチックなしの生活を想像することはほとんど不可能です。ガラス瓶で牛乳を手に入れることができた時代は終わりました。今日のすべてのものは何らかの形でプラスチックになっているようです.
そして、なぜそうではないのでしょうか？プラスチックは長い間、便利で、頑丈で、柔軟性があり、摩耗や損傷に強く、多くの場合、ガラスに代わる最も安価な代替品でした.
まあ、それはもはや現代の視点ではありません。気候と持続可能性の危機の別の側面を表す、リサイクル不可能なプラスチックは簡単に分解されないため、リサイクル不可能なプラスチックの使用をまとめて抑制する必要性が高まっていることはご存知でしょう。
終わりのないプラスチックの蓄積。 (写真提供:カレパストック/シャッターストック)
プラスチックの種類
プラスチックには、PET（ポリエチレンテレフタレート）やポリエチレンなど、さまざまな種類があります。これらは、家庭用品で最も一般的に見られるプラスチックであり、最も分解しにくいものでもあります。
幸いなことに、自然の伝統的で最も信頼できる生物であるバクテリアには希望があるかもしれません。
バクテリアが私たちの問題を解決するのにどのように役立つかを理解する前に、プラスチックが壊れにくい理由から始めましょう.
なぜプラスチックは分解しにくいのですか?
プラスチックは、炭素、水素、酸素、窒素、塩素などのさまざまな元素で構成される人工の合成物質です。モノマーの繰り返し単位からなる高分子量ポリマーです。
石油の副産物は、プラスチック製造における重要な原料です。ポリエチレンまたはポリエチレンは最も一般的な副産物であり、プラスチックの非生分解性の原因となっています。
プラスチックの形成中に、エチレンやプロピレンなどのいくつかのモノマー単位が結合し、強い水素力の助けを借りて結合します。このような力を壊すことはほとんど不可能であり、最終製品のプラスチックを破壊不可能に近づけます.
その理由は簡単です。石油自体は、微生物による何百万年もの腐敗の産物です。したがって、石油由来の製品が分解するのに長い時間がかかることは理にかなっています.自然界に存在するバクテリアは、そのような複雑な化合物の性質をほとんど理解できないため、それを分解することができません.
プラスチックを劣化させることはできますか?
この疑問は、世界中の科学者や環境保護論者を長い間悩ませてきました。プラスチックの生産と需要の増加は、不滅に近いという生来の性質と相まって、専門家や科学者から厳しい批判を受けています。現在、プラスチックを劣化させる多くの方法が実施されていますが、プラスチックを完全になくすことはまだ遠い可能性です.
プラスチック劣化の最も一般的な形態には、風や波による機械的破壊とともに、UV (紫外線) 光への暴露が含まれます。このプロセスは、最終的に大きなプラスチック材料を、ナノおよびマイクロプラスチックと呼ばれる小さな断片に分解します。マイクロプラスチックのサイズは 5 mm 未満ですが、ナノプラスチックの破片は 0.1 マイクロメートル未満です。
終わりのないプラスチックの川。 (写真提供:Antonio V. Oquias/Shutterstock)
プラスチックは、機械的方法を使用してある程度分解することができますが、マイクロ プラスチックやナノ プラスチックなどの最終製品は、海洋および陸上の生態系に入り込みます。
これらの小さな破片は食物と間違えられ、海洋動物や陸生動物によって消費され、最終的に食物連鎖に入ります.魚に関する研究 Acanthochromis polyacanthus 300マイクロメートルを超える寸法のマイクロプラスチックが魚の腸腔に存在することが明らかになりました.
魚だけでなく、ヒツジやヤギなどの陸生動物も、マイクロプラスチックやナノプラスチックを誤って摂取する可能性があります。動物はプラスチックを完全に消化できないため、消化器系に蓄積されます。このような動物の消化器系が消費されると、このプラスチックは最終的に人体に入ります。プラスチックには、発がん物質、鉛、カドミウム、水銀などの有毒成分が含まれており、摂取すると甚大な被害をもたらす可能性があります。
プラスチックを分解する現在の機械的方法は、プラスチックを完全に分解することができないため、不十分です。ここで微生物が活動を開始するのは、微生物に存在するさまざまな酵素によるものです。
プラスチックは、1960 年の導入以来、その製造と使用において驚異的な成長を遂げてきました。自然は、プラスチックの使用のこのような急速な増加に対処することができません。その結果、自然のバクテリアのほとんどは、プラスチックを完全に分解できる酵素で完全に進化していません.
プラスチック分解細菌
古いことわざにあるように、意志あるところに道あり . 2016 年、京都工芸繊維大学の研究者チームが初めて細菌 (複数形:バクテリア) Ideonella sakaiensis を特定しました。 この細菌は、日本のペットボトル リサイクル施設の 1 つで発見され、人類が必要とするプラスチック分解特性を提供する可能性があります!
プラスチックを食べるバクテリア (写真提供:Varlamova Lydmila/Shutterstock)
かつて不可能だったこの偉業を達成できる細菌はこれだけではありません。高分子プラスチックをオリゴマー (8 モノマー単位) とモノマーに還元できるものは他にもいくつかあります。
門 Actinobacteria に属する細菌 および属 Thermobifidia 、サーモモノスポラ および Saccharomonospora 彼らのプラスチック分解酵素でいくつかの有望な結果が得られました。プラスチックを分解できるバクテリアは他にもたくさんありますが、それらに存在する酵素は工業的な使用には時間がかかります.細菌を大規模に使用できるようになるまでには、まだ多くの研究が必要です.
微生物はどのようにプラスチックを分解するのですか?
イデオネラ・サカイエンシス は、バクテリアがどのようにプラスチックを減らすことができるかを実証するための最もよく研究されたモデルです.
ポリエチレンテレフタレート (PET) とポリスチレンは、最も一般的に使用されている家庭用プラスチックです。いつ I. sakaiensis PET 表面と密接に接触すると、細菌は分泌された加水分解酵素または PETase を使用して PET を分解します。
プラスチック分解菌の模式図。 (写真提供:Varlamova Lydmila/Shutterstock)
酵素は、化学反応を加速できる生物学的触媒です。加水分解酵素反応は、水分子を使用して化学結合を分解する反応です。
つまり、ペターゼ反応は、水分子の助けを借りて炭素結合を切断する酵素反応です。 PET は細菌の主要な炭素およびエネルギー源です。
PETase は、PET をモノ (2-ヒドロキシエチル) テレフタル酸 (MHET) とエチレングリコールに分解します。これらの最終製品はどちらも比較的良性であり、より簡単な方法で簡単に分解できます。 MHET は細胞の外膜によって 2 つの単量体化合物に分解されますが、エチレングリコールは I によって容易に取り込まれて使用されます。サカイエンシス および他の周囲のバクテリア。
細菌由来の 4 つの酵素 Thermobifidia 強力な PET 分解剤として識別されています。酵素は中間体 MHET 生成物によって部分的に阻害されるため、特定の制限があります。この障害を克服するための努力が行われています.
ポリエチレン (PE) または polythene は、分解の微生物の標的となるエチレン モノマーの長鎖ポリマーです。 Pseudomonas、Staphlyococcus、Streptomyces など、いくつかの細菌が PE を分解できます。 Aspergillus などのいくつかの真菌種も PE を分解すると考えられています。 、Cladosporium 、ペニシリウム
PE プラスチックを分解するための上記のバクテリアと菌類の使用は、まだ研究段階にあり、その有効性と将来の可能性についての具体的な証拠を待っています.
結論
プラスチックを分解するバクテリアのアイデアは、潜在的にプラスチックで満たされた暗い未来への希望の光であることは間違いありませんが、考慮すべきことはまだたくさんあります.問題はプラスチックの高分子量構造にあります。その最初の内訳は、越えなければならないハードルです。プラスチックをすばやく分解できる酵素はたくさんあるかもしれませんが、それらを開発して識別する技術はまだ初期段階にあります。そのような有望な情報源の 1 つは、メタゲノム データ セットの使用です。
メタゲノミクスは、ソースから直接回収される遺伝物質の研究です。行われている科学的研究のほとんどは、純粋な微生物培養の研究を伴います.これにより、これらの孤立した微生物が自然の生息地で他の微生物とどのように反応するかについての理解が浅くなることがあります.
メタゲノミクスはこのギャップを埋め、「ホーム ターフ」で微生物を研究するための手段を提供します。この方法は、Ideonella sakaiensis に似た環境に生息する新しいタイプの微生物を明らかにする可能性を秘めています。
これは私たちのプラスチック問題に対する簡単で明白な解決策のように聞こえるかもしれませんが、まだ多くの研究が必要です.個人として私たちにできる唯一のことは、意識的にプラスチックの使用を減らす努力をすることです。この小さな一歩は、取るに足らないものに思えるかもしれませんが、私たちと地球上のすべての将来の世代にとって大きな利益になるかもしれません!
