Каждый год в мире производится сотни миллионов тонн пластика, значительная часть которого быстро становится отходами. По данным ООН, ежегодный объем производства пластика превышает 400 миллионов тонн, причем около двух третей этого количества приходится на изделия с коротким сроком службы. Из них 46% оказываются на полигонах, а еще 22% неправильно утилизируются и попадают в окружающую среду, накапливаясь в океанах, почве и воздухе. Частицы микропластика обнаруживаются в различных органах человека, включая яичники и обонятельные луковицы мозга.

Параллельно сохраняется проблема продовольственной безопасности: сотни миллионов людей по всему миру продолжают испытывать нехватку пищи. В 2025 году с голодом столкнулись 7,8% населения планеты, что составляет 645 миллионов человек.

Исследования в области переработки пластика направлены на сокращение количества отходов и получение из них полезного сырья для производства пищи. Было установлено, что пластик представляет собой сложное органическое соединение, богатое углеродом, и некоторые микроорганизмы способны расщеплять определённые виды пластика, используя содержащийся в них углерод для синтеза собственной биомассы, включая белки.

В 2016 году была обнаружена бактерия Ideonella sakaiensis, способная расщеплять полиэтилентерефталат (ПЭТ), из которого изготавливают пластиковые бутылки. Ферменты этой бактерии поэтапно разлагают ПЭТ до простых соединений, которые используются как источник углерода и энергии.

На основе этих открытий была предложена технология, при которой ПЭТ сначала расщепляется, а затем продукты его разложения используются микроорганизмами для синтеза биомассы и других полезных веществ, включая белки. Однако существующие методы требуют значительных затрат и часто имеют низкую эффективность.

Американские специалисты объединили методы генной инженерии и окислительного гидротермального растворения. В эксперименте использовались пластиковые бутылки и растительные отходы (стебли и листья кукурузы), которые подвергались химической обработке с помощью воды, кислорода, высокой температуры и давления. В результате получались соединения, пригодные для усвоения микроорганизмами.

Далее эти соединения использовались для выращивания различных видов дрожжей: Saccharomyces boulardii, Saccharomyces cerevisiae и Rhodosporidium toruloides. Один из видов дрожжей был генетически модифицирован с помощью технологии CRISPR для выработки необходимых ферментов. Разные виды микроорганизмов выполняли различные функции, формируя биологическую производственную линию.

Saccharomyces cerevisiae были модифицированы для превращения феруловой кислоты из растительной биомассы в ванилин, используемый в пищевой и парфюмерной промышленности. Для Rhodosporidium toruloides применялась адаптивная лабораторная эволюция, что позволило этим дрожжам эффективно использовать этиленгликоль (продукт расщепления ПЭТ) как источник углерода и производить β-каротин, который может превращаться в витамин А в организме человека.

Полученный материал был объединён с белковой биомассой дрожжей, крахмалом, клетчаткой и подсластителем, после чего с помощью 3D-печати была сформирована смесь, из которой изготовили белковое печенье μBites со вкусом ванили. Анализы показали отсутствие препятствий для употребления этого продукта в пищу, однако полноценные испытания с участием людей пока не проводились — для этого требуется дополнительное разрешение.

Разработчики отмечают, что целью было не только получение белковой пищи из пластика, но и создание более полноценного и привлекательного продукта. До массового производства подобных продуктов еще далеко: по оценкам, они могут появиться на рынке не ранее чем через 20 лет. За это время предстоит проверить безопасность технологии, разработать методы переработки более загрязнённых пластиковых отходов и подтвердить соответствие пищевых ингредиентов отраслевым стандартам.

Среди основных препятствий выделяются не только вопросы безопасности, но и технологические и экономические ограничения. Глобальный объем производства и накопления пластика требует масштабных решений, а сбор и переработка отходов связаны с высокими затратами. Производство нового пластика остается относительно дешевым, что снижает экономическую привлекательность переработки.

Существует также психологический барьер: информация о микропластике в воде, пище и окружающей среде вызывает у потребителей настороженность, а идея употребления продуктов, изготовленных из пластиковых отходов, может вызвать отторжение. Дополнительные вопросы вызывает использование генетически модифицированных микроорганизмов.

В настоящее время технология рассматривается как направление для дальнейших исследований, а не как готовое решение глобальной проблемы. Принцип превращения отходов в полезные вещества с помощью микроорганизмов может быть применён и в других областях.

Результаты работы были представлены на конференции Американского химического общества в Чикаго.