Same granulki są mieszanką substancji chemicznych – [come from] „paliw kopalnych” – powiedział rzecznik międzynarodowej organizacji prowadzącej kampanie, Environmental Investigation Agency, brytyjskiemu dziennikowi The Guardian.

„Chemikalia wypłukiwane z plastiku mogą zmienić skład mikrobiologiczny wody morskiej i zaszkodzić mikroskopijnym formom życia, które są kluczowe dla produkcji tlenu w naszych oceanach” – powiedział Ian Williams, profesor nauk stosowanych o środowisku na brytyjskim University of Southampton, w wywiadzie dla Newsweek. Chemikalia wypłukiwane do wody morskiej z plastikowych odpadów mogą zaburzyć mikroby, które stanowią istotną część morskiego łańcucha pokarmowego” – wyjaśnił.

„Nurdles” to potoczna nazwa maleńkich plastikowych kulek używanych do produkcji tworzyw sztucznych. Składające się z polietylenu, polipropylenu, polistyrenu, polichlorku winylu i innych tworzyw sztucznych, nurdles są wysyłane na cały świat jako surowce, a setki tysięcy ton trafiają do naszych oceanów wraz z innymi plastikowymi odpadami. Plastik może być połykany przez ryby i ptaki.

Do tej pory ilość nurdles w oceanach jest nieskończenie mała, co skłoniło niektórych sceptyków do sugerowania, że ​​nagły wzrost liczby doniesień o „kryzysie nurdles” jest przesadzony, rozdmuchany przez aktywistów ekologicznych, którzy wykorzystują okresowe wycieki nurdles, takie jak niedawny incydent na wybrzeżu galijskim, do eskalacji swojej kampanii antyplastikowej. Jednak niektórzy naukowcy się z tym nie zgadzają, postrzegając nurdles jako czubek góry lodowej plastiku zagrażającej morskiemu życiu biologicznemu.

Prawie żaden plastik – zaledwie 9% na świecie – nigdy nie trafia do zakładu recyklingu. Plastikowe śmieci zostały już wykryte nawet w odległych, w większości niezamieszkanych regionach wodnych naszej planety. Szacuje się, że w naszych oceanach unosi się ponad 171 bilionów kawałków plastiku, wiele z nich w splątanych bryłach. Przy obecnym tempie ta liczba może się potroić do 2040 roku. Najbardziej znanym z tych pływających wysypisk jest Wielka Pacyficzna Plama Śmieci. Rozrastająca się plastikowa plama o wielkości mniej więcej Wielkiej Brytanii na północnym Oceanie Spokojnym między zachodnim wybrzeżem Ameryki Północnej a wschodnim wybrzeżem Japonii. Plama ta, dwukrotnie większa od Teksasu, składa się z zanieczyszczeń wyrzucanych ze wszystkich kontynentów.

Do niedawna nie było żadnych potencjalnych rozwiązań na stole. To się zmienia dzięki postępom w inżynierii genetycznej — ale czy zostanie to wykolejone przez labiryntową strukturę regulacyjną rządu i utrzymującą się wrogość wobec biotechnologii wśród tych samych grup aktywistów, które zwracają uwagę na kryzys związany z plastikiem morskim?

Zakres globalnego wyzwania związanego z odpadami z tworzyw sztucznych

Plastik z czasem rozpada się na coraz mniejsze kawałki, które mogą zaplątać zwierzęta morskie, takie jak foki, wieloryby i żółwie, i siać spustoszenie wśród ptaków morskich, takich jak albatros krótkoogonowy, który myli granulki z ikrą ryb, którą zbiera i karmi swoje młode. Pisklęta ostatecznie umierają z głodu lub z powodu uszkodzonych organów. Z czasem te małe kawałki plastiku rozpadają się jeszcze bardziej na cząsteczki zwane mikroplastikami, które mają mniej niż pięć milimetrów długości (lub mniej więcej wielkości ziarna sezamu) i na jeszcze mniejsze cząsteczki zwane nanoplastikami. Program Narodów Zjednoczonych ds. Środowiska (UNEP) uważa te cząsteczki za jedne z największych wyzwań środowiskowych na świecie.

Ponieważ plastik jest w tak małych kawałkach i granulkach, a często znajduje się kilka metrów pod powierzchnią oceanu, jego zebranie wydaje się niemal niemożliwym wyzwaniem. Program Morskich Śmieci Narodowej Agencji Oceanów i Atmosfery oszacował, że 67 statków potrzebowałoby roku, aby posprzątać mniej niż jeden procent bałaganu.

Rozwiązanie biotechnologiczne

Jak inżynieria genetyczna może pomóc? Możemy zamienić bakterie w armię usuwającą plastik. Według The Guardian:

W 2001 roku grupa japońskich naukowców dokonała zaskakującego odkrycia na wysypisku śmieci. W wykopach wypełnionych brudem i odpadami znaleźli śluzowatą warstwę bakterii, które z radością przeżuwały plastikowe butelki, zabawki i inne drobiazgi. Podczas rozkładania śmieci bakterie zbierały węgiel z plastiku, aby uzyskać energię, którą wykorzystywały do ​​wzrostu, przemieszczania się i dzielenia na jeszcze bardziej żądne plastiku bakterie.

Wyniki ich badań zostały ostatecznie opublikowane w czasopiśmie Nauka w 2016 r., co wywołało gorączkę innowacyjnych badań. Ostatnio zespół naukowców z University of Edinburgh zaproponował inżynierię szczepu bakterii E coli który umożliwiłby rozłożenie wszechobecnego politereftalanu etylenu (PET) i umożliwiłby jego „przetworzenie” w wysokiej jakości związek przemysłowy.

Naukowcy pracowali z dwoma gatunkami bakterii. Pierwszy, Vibrio natriegensrozwija się w słonej wodzie i rozmnaża się bardzo szybko. Drugi, Ideonella sakaiensisprodukuje enzymy umożliwiające rozkład i metabolizowanie PET.

Upcykling będzie realizowany poprzez drugi krok – przy użyciu drugiego E coli szczep zmodyfikowany przy użyciu technologii edycji genów CRISPR-Cas9 w celu tworzenia produktów takich jak kwas adypinowy, materiał występujący w wielu przydatnych produktach, w tym nylonie, lekach, a nawet perfumach. Proces ten można by dodatkowo ulepszyć, stosując proces, który doprowadziłby do przekształcenia 79% plastiku w surowiec do produkcji korzystnych produktów.

Jak ten proces wyglądałby w świecie rzeczywistym? Jednym z obiecujących podejść byłaby produkcja kwasu adypinowego, jednego z najważniejszych monomerów w przemyśle polimerowym. Występuje on w soku buraczanym, ale artykuł handlowy — około 2,5 miliona ton rocznie — jest wytwarzany. Do tej pory kwas adypinowy był produkowany w ogromnych ilościach z paliw kopalnych. Około 60% z 2,5 miliarda kg kwasu adypinowego produkowanego każdego roku jest wykorzystywane do produkcji nylonu; drugim zastosowaniem byłoby wytwarzanie poliuretanu i innych tworzyw sztucznych, takich jak PVC.

Oprócz wykorzystania paliw kopalnych w tym procesie, produkcja kwasu adypinowego wiąże się z emisją tlenku azotu (N₂O) emisje jednego z najsilniejszych gazów cieplarnianych, którego potencjał ocieplenia jest 300 razy większy niż potencjał CO₂. Pozostaje stabilny w atmosferze przez ponad 100 lat i może odgrywać rolę w niszczeniu warstwy ozonowej. Oczywiste jest, że status quo polegający na wyrzucaniu plastikowych butelek podczas wytwarzania produktów takich jak nylon i poliuretan z produktów ropopochodnych jest niezrównoważony dla środowiska.

Proces konwersji może działać w warunkach rzeczywistych w temperaturach otoczenia i w ciągu kilku godzin, dzięki czemu bakterie degradujące plastik nadają się do produkcji na dużą skalę, a zatem jest to obiecujące podejście do redukcji globalnego zanieczyszczenia plastikiem. Francuska firma Carbios planuje uruchomienie zakładu na skalę komercyjną do 2025 r. Oczekuje się, że będzie on przetwarzał odpady z plastikowych butelek na inne produkty o wydajności równoważnej 100 000 butelek na cykl.

Ekologiczna nauka o „jedzeniu plastiku”

Rozwój nowych szczepów bakterii lub identyfikacja bakterii w naturze, które mogą rozkładać plastik, nadchodziły od dawna. Ostatnie kilka dekad przyniosło małe, stopniowe sukcesy, ale nic tak znaczącego jak ostatnie postępy. Na przykład kilka lat temu naukowcy pracujący na Uniwersytecie Edynburskim opracowali E coli szczep, który potrafił przekształcać kwas tereftalowy z plastikowych butelek w wanilinę, niezwykle cenny związek odpowiedzialny za smak wanilii.

Możliwość produkcji na skalę związku tak wszechstronnego jak kwas adypinowy z jednego z naszych najbardziej wszechobecnych odpadów byłaby przełomem. Zmniejszenie zużycia paliw kopalnych oznacza, że ​​używanie produktów z tworzyw sztucznych byłoby uważane za neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla, a może nawet ujemne pod względem emisji dwutlenku węgla, ponieważ wiąże się z recyklingiem odpadów z tworzyw sztucznych jako odczynnika.

Obecnie co roku produkuje się prawie 500 miliardów plastikowych butelek. Instytut Wody, Środowiska i Zdrowia Uniwersytetu Narodów Zjednoczonych poinformował, że sprzedaje się ponad 1 milion butelek wody każda minuta na całym świecie, z których tylko niewielki procent jest poddawany recyklingowi. Redukcja odpadów z plastikowych butelek i zużycia paliw kopalnych, a zatem i produkcji gazów cieplarnianych, w wyniku recyklingu, byłaby ogromnym postępem.

Genetycznie zmodyfikowane bakterie degradujące plastik mogą również działać magicznie w środowiskach słonej wody. Oznacza to, że potencjalnie mogłyby działać na odpady plastikowe w oceanie.

Zajęcie się odpadami plastikowymi w naszych oceanach i innych systemach wodnych stało się jednym z mniej znanych, ale największych wyzwań naszych czasów. Musimy znaleźć sposób na zmniejszenie zanieczyszczenia mórz plastikiem lub przynajmniej znaleźć sposób na ponowne wykorzystanie go w produktach, które są bardziej zrównoważone dla środowiska.

Czy amerykańscy decydenci i organizacje ekologiczne zablokują jedyne realne rozwiązanie problemu zagrożeń, jakie niosą za sobą przerzuty plastikowych odpadów?

Od czasu stworzenia pierwszych organizmów zmodyfikowanych za pomocą molekularnych technik inżynierii genetycznej w latach 70. XX wieku, Agencja Ochrony Środowiska USA (EPA) blokowała innowacje swoim nienaukowym, nadmiernie ostrożnym, politycznym i utrudniającym procesem oceny. Jeśli będzie się to utrzymywać, może zepchnąć na margines szybko rozwijające się rozwiązania mające na celu rozwiązanie „kryzysu plastiku”.

Mikroorganizmy są regulowane przez EPA tylko wtedy, gdy są produkowane, importowane lub przetwarzane w celach komercyjnych. Mikroorganizmy degradujące plastik są obecnie regulowane na mocy ustawy o kontroli substancji toksycznych (TSCA), jeśli mieszczą się w definicji „nowych” agencji — tych, które są międzygatunkowyco oznacza, że ​​doszło do celowego połączenia materiału genetycznego między organizmami klasyfikowanymi w różnych rodzajach taksonomicznych. Tak więc na przykład całkowicie łagodny mikroorganizm z nowo wstawionym genem znacznikowym z innego rodzaju byłby uważany za „nowy” i w związku z tym podlegałby uciążliwej regulacji.

Definicja artykułów regulowanych obejmuje również wszelkie mikroorganizmy skonstruowane przy użyciu syntetycznych genów, które nie są identyczne z DNA, które mogłyby pochodzić z tego samego rodzaju co mikroorganizm biorcy. Naturalnie występujące mikroorganizmy są wykluczone, ponieważ są domyślnie wymienione w Inwentarzu TSCA, podobnie jak genetycznie modyfikowane mikroorganizmy, które nie są międzygatunkowe.

Jak niezliczoną ilość razy na przestrzeni kilku dekad wskazywali naukowcy i organizacje naukowe, podejście EPA jest sprzeczne z federalnymi ramami skoordynowanej regulacji biotechnologii z 1986 r., które miały stanowić plan rządowej regulacji „nowej biotechnologii” lub inżynierii genetycznej. Wzywa ona do regulacji jedynie „nieuzasadnionych ryzyk”, ale amerykańskie agencje regulacyjne wykorzystały okazję do budowania imperium kosztem solidnej nauki i postępów komercyjnych.

Nie jest jasne, w jaki sposób badania naukowe i komercyjne wykorzystanie mikroorganizmów rozkładających plastik byłyby regulowane na wodach międzynarodowych.

Nie wszyscy są pesymistycznie nastawieni do przezwyciężania przeszkód regulacyjnych w stosowaniu inżynierii genetycznej w recyklingu plastiku. Prawnik, który pracował szeroko w amerykańskim establishmencie politycznym i który był jednym z głównych autorów Coordinated Framework, przewiduje, że „każda innowacja o tak ogromnym potencjale zarówno do zmniejszenia zanieczyszczenia plastikiem, I redukcja emisji gazów cieplarnianych byłaby Świętym Graalem rządów, ekologów i przemysłu”, a „popyt będzie napędzał akceptację tej technologii” (komunikacja osobista). Mamy nadzieję, że ma rację.

Wyrzucone produkty plastikowe są plagą zanieczyszczenia wody w wielu regionach świata i stanowią rosnące zagrożenie dla dzikiej przyrody i ekosystemów, a potencjalnie także dla zdrowia publicznego. Zastosowanie genetycznie zmodyfikowanych bakterii w celu degradacji ogromnych nagromadzeń plastiku przy jednoczesnym wytwarzaniu użytecznych produktów ubocznych jest obiecujące, ale skalowanie i pokonywanie barier regulacyjnych może być problematyczne.

Uwaga: Wersja tego artykułu została opublikowana na początku tego roku przez Genetic Literacy Project.

Dr Kathleen L. Hefferon jest wykładowcą mikrobiologii na Uniwersytecie Cornell. Znajdź Kathleen na X @KHefferon.

Henry I. Miller, lekarz i biolog molekularny, jest Glenn Swogger Distinguished Fellow w American Council on Science and Health. Był dyrektorem założycielem Biura Biotechnologii FDA. Znajdź Henry’ego na X @henryimiller.