Phát hiện vi khuẩn có thể tiêu hóa nhựa ở nhiệt độ thấp

Trước đây, các nhà khoa học đã phát hiện nhiều vi sinh vật có thể tiêu hóa nhựa, nhưng chỉ ở nhiệt độ trên 30 độ C, vì thế khó sử dụng thực tế trong các quy trình xử lý rác thải công nghiệp do việc gia nhiệt tiêu tốn năng lượng,cũng có nghĩa là sử dụng vi sinh vật tiêu hóa nhựa lại gây phát thải carbon.

Tiến sĩ Joel Rüthi từ Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ và các đồng nghiệp đã lấy mẫu 19 chủng vi khuẩn và 15 loại nấm trên nhựa được chôn lấp có chủ ý trong lòng đất một năm ở Greenland, Svalbard và Thụy Sĩ. Các chủng vi khuẩn thuộc nhóm phyla actinobacteria và proteobacteria, và các loại nấm thuộc nhóm ascomycota và mucoromycota. Họ để cho các vi khuẩn và nấm phát triển dưới dạng nuôi cấy đơn chủng trong bóng tối ở nhiệt độ 15 độ C của phòng thí nghiệmvà kiểm tra xem liệu chúng có thể tiêu hóa các loại nhựa khác nhau hay không.

Các loại nhựa được thử nghiệm bao gồm polyetylen (PE) không phân hủy sinh học và polyester-polyurethane phân hủy sinh học (PUR), và 2 hỗn hợp nhựa phân hủy sinh học có bán trên thị trường là polybutylene adipate terephthalate (PBAT) và axit polylactic (PLA).

Không có chủng nấm hay vi khuẩn nào có thể tiêu hóa PE, ngay cả sau 126 ngày sinh trưởng trên các loại nhựa này. Nhưng 19 chủng (56%), bao gồm chủng 11 nấm và 8 chủng vi khuẩn, có thể tiêu hóa PUR ở 15 độ C. Ngoài ra, 14 chủng nấm và 3 chủng vi khuẩn có thể tiêu hóa PBAT và PLA ở cùng nhiệt độ.

“Chúng tôi chỉ ra rằng các loài vi sinh vật mới thu được từ nhựa trên núi cao và Bắc cực có thể phân hủy nhựa ở 15 độ C. Những sinh vật này có thể giúp giảm chi phí và gánh nặng môi trường của quy trình tái chế nhựa," Rüthi nói.

Rüthi cho biết thật đáng ngạc nhiên khi phần lớn các chủng được thử nghiệm có thể phân hủy ít nhất một trong số các loại nhựa được thử nghiệm.

Các nhà khoa học cũng đã xác định được 2 chủng nấm trong các chi neodevriesia và lachnellula, phân hủy nhựa hiệu quả nhất, cụ thể là có thể tiêu hóa tất cả các loại nhựa được thử nghiệm, trừ PE.

Mặc dù nhựa chỉ mới được sử dụng rộng rãi từ những năm 1950 nhưng vi khuẩn có thể phân hủy polymer vì vật liệu này giống với một số cấu trúc được tìm thấy trong tế bào thực vật.

Tiến sĩ Beat Frey, một trong những tác giả nghiên cứu, giải thích: “Vi khuẩn đã được chứng minh là tạo ra nhiều loại enzyme phân hủy polymer liên quan đến sự phân hủy thành tế bào thực vật. Đặc biệt, những nấm gây bệnh ở thực vật thường có khả năng phân hủy sinh học polyeste, vì chúng tạo ra cutinase, chất này tấn công một loại polymer ở thực vật giống với polymer nhựa".

Các nhà khoa học chỉ thử nghiệm vi khuẩn ở một nhiệt độ, vì vậy vẫn chưa tìm ra nhiệt độ tốt nhất để sử dụng chúng trong thực tế. Họ cho rằng các chủng vi khuẩn và nấm xác định được có thể phân hủy nhựa hiệu quả khi ở trong khoảng 4-20 độ C.

Frey cho biết: “Thách thức lớn tiếp theo sẽ là xác định các loại enzyme mà vi khuẩn và nấm sử dụng để phân hủy nhựa, từ đó tối ưu hóa quy trình sao cho tạo ra được nhiều enzyme đó nhất. Ngoài ra, có thể cần sửa đổi thêm các enzyme để tối ưu hóa các đặc tính như tính ổn định".

Phát hiện được công bố trên tạp chí Frontiers in Microbiology.