Биодеградация натурального пластика

Биоматериалы - это натуральные продукты, синтезируемые и катаболизируемые различными микроорганизмами, которые, как было установлено, имеют широкое биотехнологическое применение. Они могут усваиваться многими видами (биологически разлагаемые) и не вызывают токсического воздействия на хозяина (биосовместимые).

Биопластик - это особый вид биоматериала. Они представляют собой сложные полиэфиры, продуцируемые различными микроорганизмами и культивируемые в различных питательных и экологических условиях [41]. Эти полимеры, обычно липидные по своей природе, накапливаются в качестве материалов для хранения и позволяют микробам выживать в стрессовых условиях. Количество и размер гранул, мономерный состав, макромолекулярная структура и физико-химические свойства варьируют в широких пределах в зависимости от организма-продуцента. Как показано на рисунке 8, они могут наблюдаться внутриклеточно в виде преломляющих свет гранул или в виде электронно-светящихся тел, которые при перепроизводстве мутантов вызывают поразительное изменение формы бактерий [42].

Рисунок 8. Сканирующая (a,b) и пропускающая (c,d) электронная микрофотография Pseudomonas putida U (a,b) и ее мутанта β-окисления fad BA (b,d), культивированного в химически определенной твердой среде, содержащей 7-фенилгепановую кислоту (5 мм) в качестве источника ароматической фазы и 4-фенилгепановую кислоту (5 мм) в качестве источника энергии. Бар = 1 мкм (Luengo и др. 2003)

3.6. Биодеградация полигидроксиалканоатов (ПГА):

Микроорганизмы используют поли(3-гидроксибутират) (ПГБ) и поли(3-гидроксибутират-со-3-гидроксивалерат) (ПГВ) в качестве источников энергии, что позволяет этим полимерам биодеградироваться в микробных активных средах. Микробы колонизируют поверхность полимера и выделяют ферменты, которые разлагают ПГБ на ГБ (гидроксибутират) и ПГВ на ГБ и ГВ (гидроксивалерат) сегменты. Эти фрагменты используются клетками в качестве источника углерода с целью роста.

Скорость биодеградации полимера зависит от множества факторов, включая площадь поверхности, микробную активность окружающей среды захоронения, рН, температуру, влажность и наличие других питательных веществ. Аэробные и анаэробные микроорганизмы, разрушающие ПГА, в частности бактерии и грибы, были выделены из различных сред [43].

Luzier (1992) выделил различные штаммы почвенных бактерий и грибов, таких как Acidovorax facilis, Aspergillus fumigatus, Comamonas spp., Pseudomonas lemoignei и Variovorax paradoxus [44]. Кроме того, Alcaligenes faecalis и Pseudomonas были выделены из активного ила, Comamonas testostroni был обнаружен в морской воде, а Llyobacter delafieldii присутствует в анаэробном иле. Деградация ПГА Pseudomonas stutzeri также наблюдалась в озерной воде. Поскольку для деградации необходима микробная среда, ПГА не зависит только от влажности и бесконечно устойчива в воздухе

Lee и др. (2005) исследовали деградацию ПГБ образцами грибов, собранными из различных сред. Деполимеризацию ГБ испытывали во флаконах, заполненных ГБ-содержащей средой, которые инокулировали изолятами из образцов. Активность деградации была обнаружена при образовании четкой зоны ниже и вокруг грибковой колонии. Всего было выделено 105 грибов из 15 естественных местообитаний и восьми лишайников, среди которых 41 штамм показал деградацию ГБ [17].

Большинство из них были дейтеромицетами (несовершенными грибами), напоминающими виды Penicillium и Aspergillus, и были выделены в основном из почв, компоста, сена и лишайников. Почвосодержащая среда была средой обитания, в которой было обнаружено наибольшее количество грибковых деградаторов ГБ, но также наблюдались и другие организмы, участвующие в деградации ГБ. В общей сложности 31 штамм бактерий из 67 изолятов показал четкие зоны на пробирной среде. Простейшие, возможные разлагатели ГБ, были также обнаружены в нескольких образцах из прудов, почвы, сена, конского навоза и лишайника. Лишайник, симбиоз грибов и водорослей, был неожиданным образцом, из которого были выделены грибковые и бактериальные деградаторы ГБ [17].

Tokiwa и Jarerat (2003) исследовали распределение и филогенетическую принадлежность полимеров-разлагателей среди актиномицетов, полученных из коллекций культур. ПГБ-деградаторы были широко распространены среди семейств Pseudonocardiaceae и родственных родов Micromonosporaceae, Thermonosporaceae, Streptosporangiaceae и Streptomycetaceae [45]. Наконец, Tansengco и Tokiwa (1998) исследовали биодеградируемость Bacillus spp. TT96, термотолерантный штамм Aspergillus ST-01 и штамм Strptomyces MG соответственно против ПГА [46].