Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Микробы на вашей старой жевательной резинке
Микробные сообщества обитают в самых удивительных местах. Одним из таких мест, которое активно изучается учеными, является старая, выброшенная жевательная резинка. В чем же смысл таких исследований? Ученые предполагают, что микробные сообщества, сохраняющиеся на израсходованной жевательной резинке, могут дать ответы на то, как же происходит процесс разложения жевательной резинки в окружающей среде.
В своем недавнем исследовании Сатари с коллегами смогли определить бактериальную композицию использованной жевательной резинки. Для этого были собраны образцы жевательных резинок с тротуаров пяти разных стран: Испании, Франции, Сингапура, Греции, и Турции. Ученые проанализировали бактерии с каждого образца с помощью метода секвенирования следующего поколения, который позволил им быстро и эффективно секвенировать ДНК тысячи образцов одновременно. Этот метод точно отображает наличие определенных бактерий, и их относительное соотношение с другими членамами сообщества. Результаты показали присутствие множества бактерий одного и того же рода (Изображение 1). Бактерии, относящиеся к одному роду являются близкими друг другу “родственниками”. Важно отметить, что количество особей каждого рода значительно отличалось среди образцов, собранные из разных областей (Изображение 1), что позволяет предположить, что местная природа стимулирует развитие бактериома жевательной резинки.
Во многих городах можно увидеть, как тротуар украшен темными черными пятнами налета. Это ничто иное, как старые кусочки жевательной резинки. Многие жевательные резинки не поддаются биологическому разложению, что означает долгое разложение в окружающей среде. Нерастворимые в воде компоненты жевательной резинки и синтетический каучукоподобный материал придает жевательной резинке ее липкость и текстуру. Другие компоненты жевательной резинки, такие как сахара, сахарные спирты или разнообразные водорастворимые компоненты, используются для подслащивания жвачки и придания ей вкуса. Неправильно утилизированная жевательная резинка загрязняет окружающую среду, а ее удаление является дорогостоящим и времязатратным занятием. Таким образом, ученым необходимо разработать методы, которые будут эффективно удалять излишнюю жевательную резинку.
Чтобы изучить композицию микробов на использованной жевательной резинке, исследователи провели эксперимент, в котором жевательную резинку поместили на тротуар дороги. В течение 12 недель ученые собирали образцы для секвенирования ДНК, чтобы отследить изменения в жизнедеятельности бактерий. Оказалось, что бактерии, которые были чаще всего найдены в первые недели эксперимента, были такими же, как и бактерии найденные в микробиоме человеческого рта. Численность этих бактерий со временем уменьшалась, в том время как численность бактерий из окружающей среды (тех, что не были найдены в ротовой полости) увеличивалась. К концу эксперимента микробная композиция стабилизировалась, что означает, что скорость изменения численности бактерий замедлилась. Интересно заметить, что бактерии полости рта все еще обнаруживались в конце 12-недельного периода (хотя и с низкой частотой), что указывает на то, что использованная жевательная резинка содержит данные бактерии даже через несколько недель после того, как ее выбросили. Ученые также определили вид бактерий в выбранных образцах жвачки из разных стран. В целом, их результаты показывают, что время проведенное на открытом воздухе связано с бактериальным профилем, обнаруженным на использованной жевательной резинке.
Ключевым направлением этого исследования было выявление бактерий, способных к разрушению жевательной резинки. Секвенирование ДНК, сделанное в процессе эксперимента, выявило бактерии, которые, как сообщается, уже имеют способность к разложению каучука. Например, бактерии рода Bacillus расщепляют натуральный и синтетический каучук. Точно так же, бактерии рода Corynebacterium являются частью композиции микробиома полости рта и расщепляют натуральный каучук. В процессе эксперимента исследователи отметили, что численность видов Bacillus постепенно увеличивалась во время инкубации на открытом воздухе, в то время как виды Corynebacterium присутствовали с низкой но стабильной частотой в течение всех 12 недель. Их присутствие дает возможность ученым предположить, что данные виды могут сыграть важную в биоремедиации жевательной резинки.
Наконец, чтобы охарактеризовать бактерии, способные к разложению жвачки, исследователи протестировали рост изолированных видов на средах с добавлением порошка жевательной резинки. Порошок был получен путем измельчения жевательной резинки Orbit и Trident, и в каждом из случаев этот порошок являлся единственным источником пищи для бактерий. Логика эксперимента заключалась в следующем: если бактерия смогла вырасти на предоставленном источнике углерода (то есть, порошке), полученном из жевательной резинки, это значит, что данные организмы смогли его удачно использовать. Оказалось, что многие из культивируемых бактерий выросли в присутствии протестированных порошков жевательной резинки, что позволило предположить, что жевательная резинка содержит бактерии, способные ее разлагать (Изображение 2). Эти результаты, в сочетании с выводами о том, что многие бактерии, идентифицированные при секвенировании ДНК с использованной жевательной резинки, имеют способность к разложению каучука, демонстрируют многообещающий первый шаг в использовании бактерий, как инструментов для биоремедиации и очищению окружающей среды от использованной жевательной резинки.
Этот эксперимент является первым доказательством того, что в использованной жевательной резинке присутствуют бактерии. Одним из недостатков этого исследования является то, что ученые проанализировали всего лишь небольшое количество образцов, собранные из разных стран. Будущие исследования в этой области помогут лучше понять способность бактерий к биоразложению использованной жевательной резинки, и как они могут быть применены для удаления выброшенной жевательной резинки в общественных местах.
Satari, L., Guillén, A., Vidal-Verdú, À. et al. The wasted chewing gum bacteriome. Sci Rep 10, 16846 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-73913-4
Featured image: Dan Kitwood (Getty Images)
micro-bites.org 