2.6. Посмотрите налево, посмотрите направо

Но не инсулином единым славны наши маленькие спутники жизни. Много чего они умеют сами, но еще большему их могут научить биотехнологи. Приглашаю вас отправиться со мной на короткую экскурсию в мир будущего, которое вообще-то давно уже здесь. А мы и не заметили.

2.6.1. Окружающая среда: маски долой!

Проблема загрязнения пластиковым мусором стоит очень остро для большинства стран. И пандемия только усугубила ситуацию: на и так огромных свалках на суше и в морях образовались дополнительные горы масок, респираторов, медицинских отходов[105]. А представьте себе, как было бы здорово взять эти безграничные свалки отходов полиэтилентерефталата (ПЭТ)[106] на суше и целые плавучие бутылочные острова посреди океанов и превратить их во что-то минимально вредное для окружающей среды? А уж совсем хорошо, если это что-то окажется еще и полезным в производстве чего-то нового. С этими мыслями группа японских ученых отправилась исследовать бактериальные сообщества, живущие на свалках пластика. И их улов был удачен!

В 2016 году был выделен штамм бактерий Ideonella sakaiensis 201-F06. Эти бактерии без всякого кетчупа наворачивают ПЭТ за обе щеки, а в процессе еще и выделяют терефталевую кислоту и этиленгликоль[107] – чрезвычайно полезные в хозяйстве вещества. Терефталевую кислоту, например, активно используют в текстильной промышленности и для изготовления контейнеров для еды[108], а этиленгликолю автомобилисты обязаны надежными тормозами и чистыми лобовыми стеклами своих машин, его используют в системах отопления домов и жидкостного охлаждения компьютеров (если вы майнили крипту, то точно говорили спасибо этому малышу). Вот это труженики! Но радоваться было еще рано. Едят бактерии все же недостаточно быстро, да и просто распылить их на скопления пластика в океане не получится.

Найденная бактерия оказалась не одинока в своих суперспособностях – чуть раньше другие исследователи обнаружили пару видов грибов с похожими пищевыми предпочтениями. Но только после этой истории все понеслось: в разных уголках Земли разные ученые начали обнаруживать все новые и новые микроорганизмы – бактерии и грибы, – которые тоже предпочитали определенные виды пластиковых отходов себе на обед и ужин[109]. Стали понятны две вещи: во-первых, за совсем недолгую эпоху производства и потребления пластиковой продукции братья наши самые меньшие успели эволюционировать так, чтобы использовать в пищу совершенно новый для них ресурс; а во-вторых, если мы поймем, как они это делают, мы сможем повторить это в лаборатории. А затем и вне ее: создать генно-инженерные штаммы, которые смогут перерабатывать пластик в сотни и тысячи раз эффективнее и быстрее, превращая вчерашние свалки в новые заповедники, а отходы с них – в новое сырье для производства. Современные ученые строят светлые планы по биоремедиации[110] планеты, осуществить которые возможно еще на протяжении нашей жизни.

Первые успешные работы в этом направлении были опубликованы в 2018 году[111]. Сначала группа ученых выделила из бактерий сам фермент (белок), при помощи которого найденные ранее Ideonella sakaiensis расщепляют ПЭТ (кстати, назвали его ПЭТаза – «действующий на ПЭТ» фермент, о чем говорит традиционное окончание всех ферментов «-аза»). Потом, используя самые современные методы кристаллографии и построения 3D-структуры белков, ученые получили очень точную трехмерную, буквально поатомную, модель этого фермента. Затем к работе привлекли специалистов-биоинформатиков, которые помогли определить механизм работы данного фермента и спрогнозировать, как он поведет себя при определенных модификациях. Предсказанный в моделях модифицированный фермент собрали молекулярные биологи и показали, что теперь ему по зубам не только ПЭТ, но и ПЭФ (полиэтиленфураноат – новый вид биопластика, который достаточно хорошо перерабатывается уже существующими методами). Кроме того, фермент-мутант справлялся с задачей намного быстрее своего природного оригинала. С небольшим куском ПЭТ модифицированные бактерии могли расправиться уже всего за несколько дней. Хм, не очень-то быстро.

Совсем недавно, в пик второй волны пандемии, из-за которой проблема пластиковых отходов встала так остро, как никогда ранее – теперь нам потребовалось перерабатывать еще большее количество контейнеров от еды навынос, пакетов из доставки продуктов, упаковки, и конечно же масок и респираторов, – все той же группе ученых удалось совершить новый прорыв: объединив ранее созданный мутантный фермент ПЭТазу с другим ферментом – МГЭТазой (от «моно(2-гидроксиэтил)терефталат»), они смогли достичь ускорения деградации пластика при комнатной температуре в шесть раз! Идею такого объединения они также подсмотрели у бактерий, которые уже миллионы лет используют такую двойную систему для расщепления целлюлозы[112]. Суть двойной системы в том, что первую половину работы делает один фермент, превращая «сырье» в промежуточные продукты, а вторую половину работы заканчивает за него второй – подхватывает полученные на первом шаге промежуточные вещества и превращает их в готовый продукт, который и требовался бактериям или научившимся у них ученым.

Ученые, разумеется, даже не думают останавливаться на достигнутом: в планах еще больше увеличить скорость работы новой системы ферментов и придумать, как наиболее эффективно доставить ее на «рабочее место».

И если вам кажется, что все это существует лишь на бумаге, в отчетах по грантам и, ну в лучшем случае, в холодильниках лабораторий, то это тот самый случай, когда ошибаться очень приятно! Уже сегодня французская биотехнологическая компания Carbios при поддержке и сотрудничестве с гигантами Pepsi, Nestle и L’Oreal[113] на базе технологии, использующей генно-инженерные ферменты, реализует проект перехода на полностью новый технологический процесс по переработке использованной пластиковой тары для создания новой столь же высокого качества. По оценкам, переход индустриальных мощностей компаний-участниц на новые процессы должен занять 5 лет[114]. Используемый в данном проекте фермент способен переработать тонну пластиковых бутылок на 90 % всего за 10 часов! Правда, пока для работы ему необходимо нагревание до 70 °C. Кстати, именно этот фермент использовали при создании двуферментной системы для расщепления ПЭТ ученые из абзаца выше. В общем, с нетерпением ждем в этом направлении не только новых прорывов, но и все большего внедрения таких технологий в процессы разных компаний-производителей.

Конечно, вопросам безопасности для окружающей среды здесь отводится очень много времени и сил. Компании заранее готовятся к самому пристальному вниманию регуляторов и проверяющих организаций. Что ж, посмотрим, что ждет нас всего через пару лет. Но уже точно понятно, что этой главе понадобятся большие обновления.

2.6.2. Окружающая среда: и стаканчик ракетного топлива на десерт

Разливы нефти – еще одна огромная экологическая проблема. И с ней нам тоже могут помочь ГМ-бактерии.

Как все начиналось: 20 апреля 2010 года в Мексиканском заливе у берегов штата Луизиана