Уфимские генетики кормят бактерий пластиковым мусором

«Электрогазета» продолжает рассказывать об участниках молодёжного форума «iВолга». В этом году он собрал около двух тысяч участников из всех регионов ПФО. Из Башкортостана на форум приехали более 100 человек — студенты высших учебных заведений, представители молодежных общественных организаций, активисты.

В смене «Инновации и техническое творчество» свою разработку представляли четверокурсники кафедры генетики естественно-географического факультета Башкирского государственного педагогического университета им. М.Акмуллы Эдуард Гимранов и Анастасия Стамбулиди. Они выступили с проектом «Деструкция полимерных отходов с помощью живых организмов». Их проект был замечен, Эдуард поощрён зарубежной стажировкой — участием в международной программе «Ассоциации инновационных регионов России».

— Мы с Настей начали работать в августе 2013 года. Я — руководитель проекта, она отвечает за его бюджет, — рассказывает Эдуард Гимранов. — Подготовив проект, мы выступили перед нашими преподавателями и однокурсниками. Прислушавшись к советам преподавателей, несколько изменили подход к оформлению проекта. Потом выступили на уровне республики. Получив «добро», поехали на «iВолгу». От педагогического университета было сто проектов, но в смене «Инновации и техническое творчество» участвовали только мы.

— Мы предлагаем способ, о котором в своё время говорили микробиологи — применение микроорганизмов для разложения отходов из различных полимеров. Тогда этот подход не стал широко применяемым — скорость разложения была слишком низкой. С развитием микробиологии стало ясно, что использование микроорганизмов выгодно в экономическом плане, но в России этим никто не занимается.

Развитые страны пластик перерабатывают, например, в США перерабатывается 80 процентов пластика, в Европе около 90 процентов. В России перерабатывается не больше восьми-десяти процентов. Этим, в основном, занимаются коммерческие предприятия, но их очень мало. У нас есть заводы, утилизирующие пластик, но большей частью, его там сжигают, в результате чего пары вредных газов попадают в атмосферу, а оттуда в землю, воду и человеческий организм. Сейчас в нашей стране свыше 50 тысяч гектаров земли засорено выброшенными пластмассовыми изделиями. С 1970-х годов, когда у нас появился пластик, его никто не убирает. Свалки только пополняются.

— Наш проект состоит из двух этапов. Первый — создание микроорганизмов, которые смогут разлагать пластик. Берём из окружающей среды дикий штамм, «одомашниваем» его, изучаем, в каких-то моментах усиливаем, в каких-то ослабляем, чтобы он выполнял качественно одну функцию. Это не занимает много времени, но это важный этап. Этим занимались многие, но людям не нравится, что скорость «работы» бактерий низкая. Мы же добавляем второй этап — подключаем грибы. Информация о грибах, способных разлагать полиуретан, появилась в 2013 году. Грибы вырабатывают ферменты, разлагающие полимеры на мономеры, которые потом съедают. Мы хотим изучить эти грибы, чтобы понять, какие гены за это отвечают. Затем можно пересадить нужные гены в трансгенный штамм Escherichia coli (кишечная палочка), которая будет выделять нужные ферменты.

Этапы будут соединены в одном комплексе, слегка похожем на пивоварню. В большие цистерны будет загружаться пластик, измельченный механическим путем в стружку. Туда сначала будет заливаться Escherichia coli, возможно вместе с уже выработанными ферментами. Под их воздействием полимеры будут разлагаться на мономеры и в виде мономеров переходить в следующую цистерну, где их поедают микроорганизмы.

— Да, мы столкнулись с проблемой, что проект экономически невыгоден, в него надо постоянно вкладывать деньги — закупка штаммов, грибов, выведение своих грибов, постройка комплекса. Откуда эти деньги брать?

Их можно получать, полностью заменив действующие городские свалки на наши комплексы. Сейчас в России насчитывается около 7300 свалок, имеющих территорию более тысячи гектаров. Деньги, которые выделялись городскими администрациями на захоронение отходов, будут направляться на работу комплексов.

Но можно не просто окупать работу, а получать прибыль.

Во-первых, если штамм кушает углеродные соединения, то на выходе он сможет выделять соединения, нужные нам. В любой штамм можно подсадить определённый ген, отвечающий за выработку какого-либо вещества, например, метана. Почему метан? Его можно преобразовывать в электричество и использовать для поддержания автономности комплекса. Более того, можно снабжать электричеством даже небольшой поселок, расположенный вблизи комплекса.

Во-вторых, пластик содержит определённые химические соединения, которые не разрушаются. И те вещества, которые не будут разлагаться, мы сможем продавать. Например, будет оставаться терефталевая кислота, необходимая для создания ПЭТ. Её получают искусственным путём у нас в республике. Если производить её химическим путём, то она очень дорогая, и невыгодно производить её в объеме, например, одной тонны, потому что производство не окупается. Реализуют терефталевую кислоту объемом не менее 20 тонн. Мы сможем продавать её более мелкими партиями.

Наш комплекс безопасен — всё будет происходить в закрытых ёмкостях, никаких выделений в окружающую среду не будет. Если даже что-то пойдёт не так, достаточно просто понизить температуру в ёмкостях до отрицательной, и микроорганизмы погибнут.

Комплексы смогут работать не только на территории России, но и, например, в Китае, Индии — государствах, где пластика производится много, но в отличие от европейских стран, он не перерабатывается.

— На первичный этап нужно чуть более года. За этот срок мы сможем проверить и предоставить бактерии и ферменты грибов. Затем их работа будет объединена.

Однако в России нет экологической культуры. У нас до сих пор люди не умеют делить мусор. И именно в этом сложность таких проектов. В комплекс должен поступать только мусор, состоящий из углерода, водорода и кислорода — это может быть различный пластик, бумага и другая органика. Если бактерии едят пластик, они без проблем съедят и бумагу. Но нужно отделять стекло и металл, с которыми микроорганизмы не справятся.

Перевоспитывать взрослых людей уже трудно, нужно заниматься экологической грамотностью детей — воспитанников детских садов и школьников. Ребятишек с детства надо приучать делить отходы на три группы: стекло, металл и всё остальное. Стекло будут отправлять на переплавку, металл можно тоже переплавлять либо утилизировать. Всё остальное, составляющее 90 процентов от повседневного мусора — еда, пластиковая посуда, тряпьё — отправляется на корм микроорганизмам.

— Летом заместитель заведующего кафедрой генетики БГПУ Валентина Горбунова направила нас работать в институт биологии УНЦ РАН. За это ей большая благодарность — сотрудники группы генетики микроорганизмов, где мы практиковались, очень помогли нам советами, ответили на многие вопросы.

Сейчас проект дорабатывается, следующий шаг — это поиски средств на получение результатов. Будем ходить по инстанциям, нам нужно около 150 тысяч рублей, чтобы не просто теоретически всё это рассказать, но и практически показать. Есть организации, которым наш проект интересен, но большие деньги они готовы вложить только тогда, когда будет готово экономическое обоснование, и они увидят свою прибыль. Года через два планируем поехать на «Селигер», чтобы выступить там уже с результативным проектом. На «iВолге» был наш первый опыт, мы ещё не знали, на что делать упор в своём выступлении. Но с теоретическим проектом мы обошли доказанные, практические разработки. Это очень хороший признак. И большая вероятность того, что на «Селигере» мы выиграем грант.