MOSCOU, 11 mars - RIA Novosti. Des biologistes moléculaires japonais ont découvert une bactérie inhabituelle capable de « manger » du lavsan et d'autres types de plastique, et en ont extrait les enzymes responsables de la décomposition de ces polymères, selon un article publié dans la revue Science.

Chaque année, environ 300 millions de tonnes de déchets plastiques finissent dans les décharges de la Terre, dont la plupart ne sont pas décomposées par les microbes du sol et restent presque intactes pendant des dizaines, voire des centaines d'années. De nombreuses particules de plastique finissent dans les eaux des océans du monde, où elles pénètrent dans l'estomac des poissons et des oiseaux et provoquent souvent leur mort.

Kenji Miyamoto de l'Université Keio de Yokohama, au Japon, et ses collègues ont trouvé un moyen d'éliminer une grande partie de ces déchets en étudiant comment différentes communautés de bactéries réagissent à la présence de polyéthylène téréphtalate (PET). Ce thermoplastique, également connu sous le nom de lavsan, est utilisé dans la fabrication de bouteilles en plastique, de vêtements, de films et autres supports de stockage. Le PET représente un sixième de tous les déchets plastiques sur Terre.

Au cours de leurs recherches, les scientifiques ont effectué plusieurs voyages dans la nature, où ils ont pu trouver et extraire plus de 250 fragments de déchets plastiques, dont certains portaient des traces de décomposition partielle. Les biologistes ont analysé le génome des bactéries qui vivaient dans le sol à côté de ces particules de plastique et ont tenté d'identifier parmi elles celles qui étaient capables de se nourrir de PET. Pour ce faire, des cultures microbiennes ont été implantées sur de minces films polymères.

Les scientifiques ont eu de la chance : ils ont découvert que la bactérie commune du sol, Ideonella sakaiensis, est capable de vivre avec un « régime » composé à 100 % de lavsan et de décomposer ses molécules en eau et en dioxyde de carbone.

Les scientifiques s’intéressent à la façon dont cette bactérie « mangeuse de plastique » décompose les chaînes PET en unités uniques et les mange. Pour répondre à cette question, les biologistes ont analysé la structure de l’ADN microbien et ont découvert que seules deux enzymes sont responsables de la destruction du plastique.

La première, appelée PEPase, décompose les longues liaisons polymères en « briques » d'une molécule d'éthylène glycol et d'acide téréphtalique avant même que le plastique ne pénètre dans la bactérie. La deuxième enzyme, la MHET hydrolase, décompose ces unités en éthylène glycol et acide téréphtalique, qui sont ensuite utilisés par le microbe dans son activité vitale.

Le processus de décomposition du plastique se déroule assez lentement - les bactéries ont « terminé » le film que les scientifiques leur ont offert six semaines seulement après le début de l'expérience. Mais étant donné que ces déchets plastiques « vivent » dans les décharges pendant environ 70 à 100 ans, l’ajout de colonies d’Ideonella sakaiensis aux décharges peut accélérer considérablement leur décomposition. En outre, les scientifiques suggèrent que des versions synthétiques d’enzymes pourraient être utilisées pour recycler et détruire le plastique.

On découvre parfois des choses surprenantes dans de vieux magazines scientifiques populaires. Pour moi, une telle perle, trouvée en « surfant » paresseusement à travers les dossiers « Science et Vie » des années 70, était l'histoire « Mutant-59 ». Le voici, dans cette même version, dans la bibliothèque Moshkov - et je le recommande vivement. Pour ne pas gâcher le plaisir, l'intrigue est brève : l'action est construite autour d'un micro-organisme élevé par des scientifiques et capable de dévorer tous les types de plastique. Il se libère et le monde est au bord d'un cataclysme comparable à un cataclysme nucléaire...

Écrit à la fin des années 60, ce récit fut l’une des premières tentatives pour sonder notre dépendance au plastique, déjà forte à l’époque. Mais les auteurs de "Mutant" ne pouvaient même pas imaginer à quel point elle deviendrait plus forte au cours des quarante prochaines années ! Non seulement l’utilisation du plastique a été multipliée par vingt (aujourd’hui, plus de 300 millions de tonnes sont produites chaque année), mais le maximum n’a pas encore été atteint et dans les vingt prochaines années, nous devrions doubler la consommation.

Le plastique est un matériau artificiel « cultivé » à partir d’hydrocarbures, qui retient bien l’eau et est peu sensible aux facteurs agressifs de l’environnement terrestre. C'est ce qui explique sa popularité. Mais chaque bâton a deux extrémités : comme rien de tel n’existait auparavant, la nature n’a aucun moyen de détruire en toute sécurité les déchets plastiques – qui s’accumulent proportionnellement à l’augmentation de la consommation. Les déchets auraient pu s’accumuler plus lentement, mais c’est dommage ! - La plupart des produits en plastique sont jetables.

Bien sûr, les hommes eux-mêmes peuvent et doivent aider la nature, mais... Les estimations varient, mais en général, on peut affirmer que moins d'un tiers des produits en plastique sont recyclés. Le reste s'installe meilleur scénario dans les décharges organisées, dans le pire des cas, il se disperse à travers les continents et se jette dans l’océan, où le plastique entame une seconde vie.

Puisqu'il n'existe aucun micro-organisme capable de décomposer le plastique, sous l'influence de la lumière, de la température, de facteurs mécaniques et de réactions chimiques lentes, les déchets se décomposent en particules de plus en plus petites. Ce procédé même pour une bouteille banale eau potable, par exemple, prend près de cinq cents ans - et n'est pas sans conséquences pour les êtres vivants. Une partie de tout cela se dépose et forme des « fossiles » uniques mélangés à du plastique (c'est pourquoi les archéologues appellent déjà notre siècle l'ère du plastique), mais dans une large mesure, il est également absorbé. sous différentes formes la vie, des oiseaux et grands mammifères jusqu'au plus petit zooplancton.

Ceux-là, bien sûr, ne comprennent pas non plus à quoi ils sont confrontés : ils n'ont pas eu le temps de s'adapter en seulement cent ans (l'histoire remonte au celluloïd, apparu en 1855). Ils prennent les morceaux colorés pour de la nourriture, tombent malades et meurent (les particules obstruent le tube digestif, s'étouffent, s'empoisonnent) et deviennent eux-mêmes de la nourriture. Le zooplancton, par exemple, constitue la base de la pyramide alimentaire marine, de sorte que le plastique consommé par les crustacés microscopiques finit dans notre estomac.

Tout pourrait être différent si, par exemple, il existait dans la nature une bactérie capable de vivre et de survivre avec un régime alimentaire constitué de plastique. Cependant, jusqu’à récemment, cela restait un fantasme. Oui, certaines formes de moisissures sont connues, oui, certaines expériences ont été menées avec des résultats encourageants sur les microbes, mais c'est tout. Et puis l’autre jour, les Japonais ont trouvé la bactérie nécessaire. Bienvenue dans un avenir radieux !

Après avoir collecté des échantillons de déchets plastiques périmés, les Japonais les ont étudiés à la recherche de signes de décomposition accélérée. Et c’est de cette manière simple qu’ils ont fait leur découverte historique. La bactérie, nommée Ideonella sakaiensis, semble être une espèce naturellement évoluée du micro-organisme. connu de la science. Il produit des produits chimiques (enzymes) qui décomposent un type de plastique en composés intermédiaires, qu'il consomme ensuite.

Comparé à son fantastique ancêtre, I.s. a l'air inoffensif. Premièrement, elle est spécialisée uniquement dans le plastique PET (connu dans notre pays sous le nom de lavsan), qui, bien que très apprécié (principalement comme matière première pour les emballages), produits alimentaires et eau), mais n’occupe qu’un cinquième de la production mondiale de plastique. Deuxièmement, il faut des semaines pour ronger une fine couche de la surface d'un produit plastique, et il est préférable de préparer le plastique (traitement thermique) pour le rendre mécaniquement fragile.

Mais les ennuis ont commencé ! Ideonella sakaiensis est la preuve vivante que la nature a commencé à s'adapter à l'ère plastique. Et il y a bon espoir que les ingénieurs génétiques l'aideront à le faire plus rapidement : accélérer le processus de digestion, la mettre sous d'autres plastiques.

C’est là que nous revenons à l’histoire d’il y a quarante ans. Ce que les auteurs ont précisément remarqué à l’époque, c’est notre dépendance au plastique. Les bactéries qui digèrent le plastique sont extrêmement utiles dans la lutte contre les déchets plastiques, mais le problème est de trier ce qui est déchet et ce qui ne l'est pas. utile aux humains choses, un mutant ne le fera certainement pas. La « pourriture » des récipients d’eau potable et des emballages alimentaires n’est qu’un début. Lorsque la nature ou les ingénieurs apprendront aux bactéries à manger d'autres plastiques - ce qui, à en juger par les commentaires des scientifiques sur les travaux japonais, semble possible - nous aurons vraiment du mal.

Jetez un œil autour de vous dès maintenant, sans quitter votre lieu de travail. Pensez à notre dépendance au plastique ! Son immunité « magique » à la pourriture, à la rouille, à la température et à l’humidité en a fait le matériau de construction le plus populaire du troisième millénaire. Le plastique, c'est les tables et les chaises, les boîtiers et l'isolation des appareils électroniques, les supports de stockage de données et les emballages, le plastique partout, le plastique dans tout ! La vie a trouvé un chemin - et nous devrions être heureux, mais cela rendra probablement notre vie plus difficile...

Grâce à de nombreuses années de recherche, il a été possible de trouver des bactéries qui utilisent les déchets qui se décomposent dans la nature depuis des siècles pour se nourrir. Cela peut être qualifié de véritable avancée dans le domaine du recyclage des déchets polymères. Le correspondant de RG s'est donc précipité au laboratoire de l'Université technique d'État d'Astrakhan. C’est ici que se sont développés les micro-organismes qui mangent le plastique.

Le développeur de la nouvelle technologie s'est avéré être Anna Kashirskaya, 23 ans, étudiante diplômée au département de biologie appliquée et de microbiologie de l'université. L'expérience, commencée il y a huit ans, a abouti à un travail sérieux qui, comme l'espère son auteur, trouvera des applications dans la vie réelle.

Aujourd'hui, les produits fabriqués à partir de matériaux polymères sont utilisés partout. Peut-être sans sacs en plastique à l'homme moderne Il est même difficile d’imaginer aller au magasin. Conteneurs en plastique car le lait et les jus de fruits ont définitivement remplacé le verre. Oui et entreprises industrielles Ils utilisent activement les emballages en plastique qui, selon les experts, représentent aujourd'hui 40 % de tous les déchets ménagers. Le problème de l'élimination des déchets solides déchets ménagers dans la région, comme dans toute la Russie, la situation est très grave. Chaque année, des milliers de tonnes de déchets sont stockées dans des décharges de banlieue, alors qu'il existe une pénurie généralisée de nouvelles usines de traitement des déchets.

Après avoir atteint leur durée de vie utile, le plastique et le polyéthylène sont envoyés dans les décharges, causant ainsi d'énormes dommages à l'environnement. Dans la région d'Astrakhan et dans d'autres régions, cela menace de désastre s'il n'est pas inventé manière moderne recyclage. J'ai compris cela à l'école », explique Anna Kashirskaya.

En 2006, alors qu'elle était en neuvième année, Anna, qui s'impliquait avec enthousiasme dans le club des « Jeunes microbiologistes » de l'ASTU (aujourd'hui d'ailleurs elle le dirige déjà), commença des expériences.

Il y a huit ans, j'ai pris un fragment sac en plastique mesurant quatre centimètres sur quatre et immergé dans de l'eau distillée ordinaire, à laquelle j'ai ajouté un peu de terre provenant d'un terrain vague local et deux pour cent de sels inorganiques. Un mois plus tard, un film vert s'est formé à la surface de l'eau : il s'agissait d'algues. Bien entendu, le liquide s’est évaporé. Pour maintenir le processus en continu, je remplissais régulièrement la solution avec de l'eau », explique mon interlocuteur.

Périodiquement, l'expérimentateur prélevait des écouvillons sur la surface du sac expérimental. Bientôt, elle fut capable d'isoler les bactéries qui s'y formaient constamment. Il s’agissait de moisissures micromycètes pour lesquelles le polyéthylène sert de source de nourriture.

Au cours de l'étude au microscope, il s'est avéré que les champignons poussant à la surface du polyéthylène consomment ses particules. Dans ce cas, la structure du polyéthylène a été endommagée. En huit ans, le « sujet de test » a perdu environ 30 pour cent de poids et est devenu très fragile, sa force a diminué de 96 pour cent, affirme le chercheur.

Il s'avère qu'un peu plus et le paquet se dissoudra complètement.

Ce serait formidable d’utiliser cette réalisation en dehors du laboratoire. Pour ce faire, la première étape consiste à mettre en place une collecte sélective des déchets. Ainsi, par exemple, les déchets plastiques sont collectés et transportés séparément des autres.

Alors quoi, il faudra les tremper dans une solution et les conserver pendant des décennies ? - Je suis intéressé.

Pourquoi? La solution obtenue pourrait être périodiquement pulvérisée sur les décharges, où tous les déchets polymères trouvent leur refuge séculaire. Et les champignons feraient lentement mais sûrement leur travail. Dans tous les cas, cela accélérera le processus de décomposition du plastique, le microbiologiste en est sûr.

Le voici, ce même paquet. Anna le ramasse soigneusement par le bas avec une pince à épiler. pot en verre. D'autres conteneurs contiennent également des particules de polyéthylène. Ils ont essayé de créer des conditions différentes pour eux. Par exemple, ils ont bloqué l'accès à l'oxygène avec un couvercle, chauffé et refroidi, et ont expérimenté la quantité de sels et différents pH. Mais il s’est avéré que les champignons mangeurs de plastique ont simplement besoin d’air. Et la température optimale pour eux est la température ambiante.

À propos, les produits de décomposition peuvent être utilisés comme engrais. De cette façon, on obtient une production sans déchets », conclut Anna Kashirskaya.

Le gouverneur de la région d'Astrakhan, Alexander Zhilkin, qui a assisté à la conférence des jeunes scientifiques, à laquelle Anna Kashirskaya a pris la parole, s'est montré très intéressé par le développement.

Ce projet sera soutenu par le gouvernement régional. "Nous avons également l'intention d'encourager les jeunes scientifiques afin qu'ils puissent obtenir des résultats plus impressionnants et réduire le temps de décomposition des déchets polymères actuellement stockés dans les décharges d'Astrakhan", a souligné le chef de la région.

L'inventrice d'Astrakhan a participé à de nombreuses conférences, où elle parle avec enthousiasme de sa façon de protéger l'environnement. La jeune fille est déjà devenue lauréate du concours scientifique et d'innovation pour les jeunes "UMNIK". Anna prévoit de consacrer la subvention reçue - 400 000 roubles - à d'autres expériences et à l'aménagement du laboratoire.

D'ailleurs

Le polyéthylène est l'une des substances les plus difficiles à décomposer. Il présente une résistance élevée, une résistance à l’eau et est chimiquement inerte. Il y a diverses manières recyclage des déchets polymères (élimination, incinération, recyclage), mais ces méthodes présentent un certain nombre d’inconvénients. Le recyclage du plastique n'est pas effectué dans la région d'Astrakhan. Selon certaines données, seules 53 pour cent des 300 décharges sont autorisées. Lorsque le plastique est chauffé et brûlé, il produit des substances toxiques, notamment du monoxyde de carbone, du formaldéhyde et bien d’autres. Ils sont extrêmement nocifs pour la santé et provoquent des maladies graves, notamment le cancer. L'utilisation de la biotechnologie d'Astrakhan contribue à réduire les substances toxiques et permet de détruire le polyéthylène des dizaines de fois plus rapidement que dans le milieu naturel.

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Un étudiant élève des bactéries qui recyclent le plastique

Bientôt, la question de la destruction rapide des décharges de matériaux polymères pourra être complètement résolue grâce à une découverte faite par Anna Kashirskaya, étudiante diplômée de 23 ans du Département de biologie appliquée et de microbiologie, d'Astrakhan.

L’expérience du jeune scientifique a duré près d’une décennie. Anna a commencé à travailler avec des bactéries en 2006, lorsqu'elle suivait des cours au club « Jeune microbiologiste » de l'ASTU. Aujourd'hui, Kashirskaya elle-même dirige les jeunes talents qui fréquentent ce cercle. Pendant ce temps, elle a réussi à isoler des bactéries qui ont presque complètement dissous le matériau polymère dans l'eau.

Sa découverte a suscité l'intérêt non seulement parmi les spécialistes. Le travail de Kashirskaya a été très apprécié par les dirigeants régionaux, en particulier par le gouverneur de la région d'Astrakhan, Alexander Zhilkin, qui a promis de soutenir pleinement non seulement Anna, mais également d'autres jeunes scientifiques d'Astrakhan.

Anna dit ce qui suit :

« Ma famille est la plus ordinaire : maman, papa, petit frère. Personne n'est lié à la science, même si mon jeune frère a également commencé à fréquenter l'association créative « Jeune microbiologiste » sous ma direction. En plus de mes études de troisième cycle, je suis assistant et ingénieur principal au Département de biologie appliquée et de microbiologie de l'ASTU. Je suis directeur du « Jeune Microbiologiste », où j'ai moi-même commencé mes études en microbiologie. J'ai beaucoup de passe-temps. AVEC petite enfance a étudié le chant, a participé à de nombreux concours régionaux et panrusse. De plus, j'ai étudié à école de musique au piano et à la guitare. J'ai joué au volley-ball pendant 11 ans. J’aime aussi coudre des peluches.

Les problèmes environnementaux ne disparaissent pas des gens indifférents. Il existe de nombreuses façons d’éliminer les déchets plastiques. Le plus souvent, il s’agit d’un incendie ou d’un enterrement ordinaire. Vous comprenez que cela cause un préjudice grave environnement. Actuellement, le public tente activement de promouvoir les « technologies vertes » dans divers domaines (biocarburant écologique, bioemballage, etc.). J'espère vraiment que mon développement trouvera sa conclusion logique et sa mise en œuvre dans l'écologie de notre région, et peut-être même en Russie, et cela réduira le fardeau qui pèse sur la biosphère à cause d'une telle quantité de déchets plastiques accumulés. Bien entendu, je souhaite mettre en œuvre une solution basée sur mon développement sur tout le territoire. Il pourrait être pulvérisé périodiquement sur les décharges où sont stockés tous les déchets polymères. Et les champignons le détruiraient petit à petit. Cela accélérerait considérablement le processus de décomposition du plastique. À propos, les produits de décomposition peuvent être utilisés comme engrais. Le résultat est donc une production absolument sans déchets.

Comment fabriquer de vos propres mains un modèle de cellule vivante (animale) à partir de pâte à modeler (thème "Structure cellulaire", 5e année).

Modèle cellulaire (structure cellulaire) en pâte à modeler

Depuis le mien fille aînée En raison d'une hospitalisation planifiée, elle n'est pas allée à l'école pendant un certain temps ; elle et moi avons étudié les sujets manqués de manière indépendante. La « structure cellulaire » est l'un de ces sujets. Je me suis souvenu de ce que j'avais moi-même fait à l'école alors que devoirs en biologie, un modèle de cilié de pantoufle en pâte à modeler, que j'ai tellement aimé que je ne voulais même pas le donner. Et elle a suggéré à sa fille de consolider son étude sur ce sujet en réalisant un modèle cellulaire en pâte à modeler.

Ma fille a emmené le modèle cellulaire à l'école. Il s'est avéré que c'était un devoir et que d'autres enfants fabriquaient également une cage en pâte à modeler.

Comment fabriquer un modèle de cellule vivante (animale) à partir de pâte à modeler

Pour un modèle, il est préférable de ne pas utiliser de pâte à modeler ordinaire, dont les objets artisanaux peuvent se déformer en cas de chute, de haute température(par exemple, à cause de la chaleur estivale ou sous une exposition directe rayons du soleil) etc., et élastique doux pâte polymère, se solidifiant dans l'air. J'en ai écrit davantage dans l'article. Nous aimons vraiment sculpter avec, mais nous en avons manqué, alors cette fois nous avons dû travailler avec de la simple pâte à modeler.

Il existe plusieurs façons de créer un modèle de cellule animale vivante à partir de pâte à modeler (l'article utilise des illustrations du manuel "Biologie. Introduction à la biologie", 5e année, auteurs : A. A. Pleshakov, N. I. Sonin, 2014, artistes : P. A. Zhilichkin, A.V. Pryakhin, M.E. Adamov).

Le modèle d'une cellule végétale peut être réalisé de la même manière, en se concentrant sur l'image d'une cellule végétale tirée d'un manuel.

1. Le modèle plat le plus simple d'une cellule en pâte à modeler sur carton

Le moyen le plus simple de représenter un schéma de la structure d'une cellule, qui prendra le moins de temps à réaliser, est de mouler une cellule en pâte à modeler conformément à l'image du manuel.

Étapes de travail

2. Modèle plat d'une cellule vivante en pâte à modeler

Ce modèle est similaire au précédent, mais un peu plus compliqué.

1. Découpez une base ovale ou légèrement incurvée dans du carton épais et brillant.
2. Collez les pièces représentant les parties principales de la cellule :
   - membrane externe (fabriquée à partir de pâte à modeler roulée en boudin)
   - un noyau (fabriqué à partir d'une boule de pâte à modeler aplatie).
3. Si vous le souhaitez, collez quelques organites importants d'une cellule vivante : mitochondries, lysosomes.
4. Les signatures peuvent être inscrites directement sur le carton à l'intérieur de la cage.

Cette même version du modèle cellulaire peut être rendue un peu plus compliquée si, au début du travail, une fine couche de pâte à modeler légère est étalée sur un support en carton (ce sera le cytoplasme).

3. Modèle d'une cellule vivante en pâte à modeler sur plastique

Étant donné que la pâte à modeler laisse des taches grasses après un certain temps, même sur du carton brillant, le modèle cellulaire sera plus durable s'il est réalisé sur un support en plastique. Lorsque vous utilisez du plastique transparent, vous n'avez pas besoin de recouvrir la base de pâte à modeler. Et les notes de bas de page ou les inscriptions faites non pas sur le modèle lui-même, mais sur le papier situé en dessous, seront clairement visibles à travers le matériau transparent.

Nous avons réalisé le modèle à partir des illustrations du paragraphe 5 « Cellules vivantes » de la première partie du manuel.

Étapes de travail

4. Modèle tridimensionnel d'une cellule vivante en pâte à modeler

1. Pour la base, rouler en pâte à modeler grosse balle, façonnez-le en œuf et coupez-en un quart.
2. Pour économiser la pâte à modeler, vous pouvez fabriquer cette pièce à partir d'un film souple, puis la recouvrir de pâte à modeler. Il est encore plus facile de fabriquer cette pièce à partir d'un œuf artisanal en mousse.
3. Collez les pièces en pâte à modeler (comme décrit dans les instructions précédentes).

5. Modèle de cellule vivante en pâte à sel

Vous pouvez également réaliser une maquette de cage en utilisant de la pâte à sel (dans la recette de pâte à sel que j'utilise).

1. Abaissez la pâte à sel avec un rouleau à pâtisserie en une couche d'environ un demi-centimètre d'épaisseur.
2. Découpez-y la base de la disposition des cellules.
3. Collez les pièces principales.
4. Laisser sécher un jour ou deux dans un endroit chaud.
5. Colorez avec des peintures.

Modèles DIY de cellules vivantes (animales et végétales)

Enfin, une petite galerie avec des photographies de modèles cellulaires du cours de biologie. Je m'excuse pour la qualité des photos - ma fille les a prises à l'école avec son téléphone et l'éclairage est faible là où se trouve le meuble avec les œuvres des enfants.

Et j'ai beaucoup aimé ce travail, car j'ai aussi eu l'idée de réaliser une maquette en papier, en utilisant la technique de l'applique 3D. Le modèle de cellule est réalisé en papier selon des techniques de dessin, d'appliqué et de quilling.

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© Ioulia Valerievna Sherstyuk, https://site

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