Исследование воздействия пищеварительных ферментов восковой моли (Galleria mellonella) и зерновой моли (Sitotroga cerealella) на различные виды пластика.
|
Даты проведения с 2019-04-06 по 2019-10-16 |
Максимов Антон; Класс: 11;
Научный руководитель: Скрыпник Любовь Николаевна, канд. биол. наук, доцент кафедры медицинской экологии института живых систем БФУ им. И. Канта;
Литературный обзор: В работах китайских биохимиков и микробиологов из Бейханского университета в Пекине сказано, что им удалось выделить 2 штамма бактерий из кишечника личинок восковой моли, которые могут растворять полиэтилен [14].
Немецкие ученые сообщили о грибах, которые могли питаться нитями ПЭТ - [2].
Ранее Федерика Бертоккини с группой учёных из Оксфордского университета пытались обнаружить ген личинки восковой моли, который отвечает за выработку вещества, растворяющего полиэтилен [3].
Японские ученые выделили бактерии поедающие ПЭТ, проанализировав ДНК бактерии, они нашли гены, отвечающие за выработку двух ферментов, которые последовательно расщепляют полимеры до этиленгликоля и терефталевой кислоты [4].
Ход работ: Для реализации поставленных в работе задач использовались эмпирические (описательный и экспериментальный) и теоретический (и статистический) методы. В ходе серии лабораторных экспериментов личинки восковой и пищевой моли были высажены на питательные среды из различных видов пластика и синтетических волокон: полиэтилен высокого давления (низкой плотности) ПЭВД (PELD), полипропилен (ПП), полиамид - нейлон (ПА), поливинилхлорид (ПВХ). В качестве контроля использовался естественный субстрат восковой моли - пчелиный воск. Изменения в массе личинок и исследуемых субстратов определяли с точностью до ±0,0001 на аналитических весах ВЛ-210 (Госметр, Россия). Эксперименты проводили в трех проворностях.
Полученные результаты были обработаны статистически с использование программы OriginLab. Достоверность различий оценивали по критерию Фишера.
В ходе проведенного исследования было установлено, что ферменты личинки восковой моли способны разрушать различные виды синтетических материалов (ПВХ, ПЭВД, ПП и ПА). Однако изменения в массе вышеперечисленных субстратов были значительно (в 5-7 раз) ниже по сравнению с контролем – пчелиным воском (Приложение, рисунок 1). Наибольшему разрушению в нашем эксперименте были подвержены полиэтилен высокого давления и поливинилхлорид, наименьшему – полипропилен и полиамид. Скорость разложения ПЭВД составила – 0,0212±0,0008 г/сутки, ПВХ – 0,0144±0,0022 г/сутки, ПП – 0,00044±0,00022 г/сутки, ПА – 0,00012±0,00005 г/сутки. Для контроля (воска) данный показатель равнялся 0,104±0,011 г/сутки. Пчелиный воск является естественным субстратом для восковой моли. Воск по своей химической структуре является сложным эфиром высших жирных кислот и высших одноатомных спиртов и проявляет сходные с некоторыми видами синтетических полимеров свойства.
Различия в скорости разложения исследуемых материалов обусловлены их различным химическим строением и связями между мономерными единицами.
В эксперименте с личинками зерновой моли также наблюдалось разложение синтетических субстратов, хотя и не столь значительное как при работе с личинками восковой моли. Достоверное различие установлено только между изменениями в массе контрольного субстрата (воска) и всеми остальными субстратами. Статистической разницы между различными видами синтетических материалов при действии на них ферментов зерновой моли выявлено не было (Приложение, рисунок 2). Скорость разложения воска составила 0,0158±0,009 г/сутки, ПВХ – 0,0013±0,0004 г/сутки, ПЭВД – 0,00007±0,00003 г/сутки, ПП – 0,00017±0,00001 г/сутки, ПА – 0,0001±0,0000 г/сутки.
Проведенный статистический анализ результатов показал достоверность различий в действии ферментов личинок восковой и зерновой моли на воск, полиэтилена высоко давления и поливинилхлорид (Приложение, таблица 1). Таким образом, в ходе эксперимента выявлено, что использование личинок восковой моли является более перспективным для исследования возможных путей биодеградации пластика.
Для растворения нескольких микрон пленки бактериям понадобилось 2 месяца, грибы способны растворять нити из ПЭТ, а личинкам, для того, чтобы проесть дырку в толстом пакете - всего несколько часов.
Литература: 1. Журнал «Энвайронмен, Сайенс & Технолоджи» http://www.geo.ru/nauka/plastik-pod-shuboi; 2. Nimchua T., Punnapayak H., Zimmermann W. (2007). Comparison of the hydrolysis of polyethylene terephthalate fibers by a hydrolase from Fusarium oxysporum LCH I and Fusarium solani f. sp. pisi. Biotechnol. J. 2; 3. журнал «Current Biology» за 24.04.2017; 4. Yoshida S., Hiraga K., Takehana T., Taniguchi I., Yamaji H., Maeda Y. et al. (2016).
Проект опубликовал
