Grzyb rośnie na poliuretanie także bez tlenu

Poliuretan poliestrowy to tworzywo z pianek, uszczelnień i powłok, uznawane za trudne do biologicznego rozkładu. W 2011 roku zespół z Uniwersytetu Yale opublikował w „Applied and Environmental Microbiology" wyniki przeszukania kilkudziesięciu grzybów endofitycznych zebranych w ekwadorskiej Amazonii pod kątem zdolności do jego rozkładu. Kilka izolatów rozkładało tworzywo skutecznie, zarówno w podłożu stałym, jak i w zawiesinie.

Najsilniejszą aktywność stwierdzono w rodzaju Pestalotiopsis, choć nie była ona cechą całego rodzaju — różnice występowały między izolatami tego samego gatunku. Dwa izolaty Pestalotiopsis microspora rosły na poliuretanie jako jedynym źródle węgla i robiły to w warunkach tlenowych oraz beztlenowych. Charakterystyka molekularna wskazała, że za rozkład odpowiada hydrolaza serynowa.

Wzrost beztlenowy jest tu ważniejszy, niż się wydaje. Wnętrze składowiska odpadów jest środowiskiem pozbawionym tlenu, więc organizm rozkładający tworzywo wyłącznie w obecności powietrza ma tam niewielkie zastosowanie. Zdolność do wzrostu bez tlenu przenosi wynik z kategorii ciekawostki laboratoryjnej do kategorii tropu, którym warto pójść dalej.

Trzeba jednak zachować proporcje. To wynik hodowlany, uzyskany na jednym typie tworzywa, przy stałej temperaturze i kontrolowanym podłożu — a nie działająca technologia utylizacji. Praca pokazuje, że endofity są obiecującym źródłem szlaków metabolicznych przydatnych w bioremediacji, i tak formułuje wniosek. Droga od hodowli w kolbie do instalacji przemysłowej jest długa i w większości przypadków kończy się przed metą.

Warto też pamiętać, że „poliuretan" to nazwa całej rodziny tworzyw, a nie jednego materiału. Badanie dotyczyło poliuretanu poliestrowego, w którym wiązania estrowe są stosunkowo podatne na hydrolizę enzymatyczną. Odmiany polieterowe, powszechne w izolacjach i piankach meblowych, są pod tym względem znacznie trwalsze. Wynik nie przenosi się automatycznie na dowolny plastik i autorzy takiego przeniesienia nie sugerują.

Sama zdolność grzybów do rozkładania nietypowych materiałów nie jest wyjątkiem, tylko przedłużeniem ich podstawowej roli. Grzyby rozkładające drewno radzą sobie z ligniną — polimerem złożonym, nieregularnym i odpornym na rozkład — za pomocą nieswoistych enzymów utleniających. Ten sam aparat enzymatyczny bywa skuteczny wobec związków, których w przyrodzie nigdy nie było, i właśnie dlatego bioremediacja szuka kandydatów wśród grzybów.

Co naprawdę pokazują dane

Wynik laboratoryjny dotyczył konkretnego poliestru poliuretanowego, nie wszystkich „plastików”. Endofity wyizolowane z łodyg roślin w ekwadorskim lesie przesiano na zawiesinie Impranil. Dwa izolaty oznaczone jako Pestalotiopsis microspora — E2712A i E3317B — rosły, gdy poliuretan był jedynym źródłem węgla, i zachowały aktywność rozkładu w komorze beztlenowej. Dla E2712A tempo klarowania zawiesiny po tygodniu i dwóch było podobne z tlenem i bez niego. Frakcja zewnątrzkomórkowa wskazała na hydrolazę serynową około 21 kDa. „Zjada plastik” jest jednak skrótem: badano podatny poliestrowy PUR w kontrolowanym medium, przez spadek zmętnienia i zmiany chemiczne, a nie znikanie gotowych pianek, klejów czy odpadów na wysypisku. Cecha była zależna od izolatu — jeden z badanych Pestalotiopsis nie wykazał aktywności.

Co właściwie znaczy, że tworzywo uległo rozkładowi

W badaniu przesiewowym potrzebny jest szybki sygnał, który pozwoli wybrać obiecujące izolaty do dokładniejszych doświadczeń. Klarowanie zawiesiny spełnia taką rolę, lecz nie odpowiada na wszystkie pytania o los polimeru. Warto odróżnić zmianę wyglądu próbki, zmianę jej chemicznej struktury, ubytek masy oraz wykorzystanie produktów przez organizm. Każda z tych obserwacji dotyczy innego fragmentu procesu.

Praca z 2011 roku stanowi punkt wyjścia dla tej historii. Późniejsze badanie innych grzybów, opublikowane w 2019 roku, oceniało także ubytek masy badanych materiałów poliuretanowych i analizowało ich zmiany. Wyniki zależały od rodzaju tworzywa oraz jego budowy. To osobne doświadczenie, a nie próba terenowa tych samych amazońskich izolatów. Zestawienie prac pokazuje, po co potrzebne są różne pomiary i dlaczego nazwa „poliuretan” nie wystarcza do przewidzenia wyniku.

Jak czytać obietnicę zastosowania

Wyobraźmy sobie fikcyjny nagłówek: „Grzyb usuwa połowę plastiku”. Zanim uznamy to za rozwiązanie problemu odpadów, potrzebujemy odpowiedzi: połowę czego, mierzoną w jaki sposób, po jakim czasie i w porównaniu z jaką próbą kontrolną? Czy materiał był rozdrobniony lub wcześniej przygotowany? Co pozostało po procesie? Bez tych informacji liczba nie opisuje jeszcze wydajności technologii.

To pytania do oceny doniesienia, nie lista wyników uzyskanych w omawianych pracach. Dodatkowo gotowy proces wymagałby oceny nakładów, powtarzalności i produktów rozkładu. Obiecujący izolat może być początkiem poszukiwania enzymu, a nie organizmem przeznaczonym do wypuszczenia na składowisko. Nie wynika stąd zalecenie domowego kompostowania tworzyw ani zaszczepiania nimi gleby. Najciekawsza część odkrycia polega na znalezieniu konkretnej zdolności biologicznej, którą można dalej testować — z dokładnie nazwanym materiałem i mierzalnym wynikiem.