(SHTP) – Từ các mẫu đất và rác nhựa tại một số khu vực ô nhiễm ở TP.HCM, nhóm nghiên cứu Phòng Công nghệ sinh học Môi trường, Trung tâm Công nghệ Sinh học TP.HCM đã phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn bản địa có khả năng tác động lên polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET) và polystyrene (PS). Sau 30 ngày thử nghiệm, một số chủng tạo mức giảm khối lượng rõ rệt so với đối chứng và làm biến đổi bề mặt nhựa quan sát bằng FE-SEM. Kết quả cung cấp nguồn vi sinh vật tiềm năng cho hướng phát triển giải pháp sinh học xử lý chất thải nhựa.
Từ nguồn vi khuẩn bản địa đến tuyển chọn chủng tiềm năng
PE, PET và PS là các polyme phổ biến nhưng khó phân rã trong môi trường. Nghiên cứu khai thác các quần thể vi sinh vật đã thích nghi với rác nhựa tại kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè, kênh Đôi - Tẻ, sông Vàm Thuật và kênh Xuyên Tâm. Vi sinh vật được làm giàu trên môi trường muối khoáng có PE, PET hoặc PS làm nguồn carbon, sau đó phân lập tám chủng PE1, PE2, PET1, PET2, PS1, PS2, PS3 và PS4. Khả năng tác động lên nhựa được đánh giá qua thay đổi khối lượng sau 30 ngày, ảnh FE-SEM, hoạt tính enzyme ngoại bào, định danh 16S rRNA và sàng lọc PCR một số gen liên quan đến chuyển hóa polyme.
Hình 1. Hình thái khuẩn lạc và tế bào của tám chủng vi khuẩn phân lập. Các ký hiệu A-H lần lượt tương ứng với PE1, PE2, PET1, PET2, PS1, PS2, PS3 và PS4.
Hiệu quả tác động của các chủng vi khuẩn trên PE, PET và PS
Năm chủng PE2, PET1, PET2, PS1 và PS2 được chọn để phân tích sâu. PE cho đáp ứng rõ nhất: PET1, PET2, PS1 và PS2 đều có mức giảm khối lượng biểu kiến trên 50%, tương ứng mức giảm ròng khoảng 50,31-53,31% sau hiệu chỉnh đối chứng; PE2 đạt 42,23%. Với PET, PS2 đạt mức giảm ròng cao nhất khoảng 26,46%, tiếp theo là PE2 (17,40%) và PS1 (16,16%). PS khó bị tác động hơn, trong đó PS1 đạt mức giảm ròng khoảng 11,20%.
Hình 2. Ảnh FE-SEM bề mặt PS, PET và PE sau 30 ngày. A, C, E: đối chứng vô sinh; B, D, F: mẫu ủ với hệ vi sinh vật, xuất hiện các vùng rỗ bề mặt, vi nứt và bong tách lớp.
Định danh vi khuẩn và chỉ dấu liên quan đến chuyển hóa polyme
Phân tích 16S rRNA xác định các chủng tuyển chọn thuộc Streptomyces, Cupriavidus, Pseudomonas và Aquipseudomonas; PS1 được định danh là Pseudomonas lalkuanensis (99,24%), các chủng còn lại được giữ ở mức chi.
Hình 3. Hình thái tế bào của các chủng vi khuẩn được tuyển chọn quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) ở độ phóng đại 10.000X. (A) Streptomyces sp. (PE2); (B) Cupriavidus sp. (PET1); (C) Cupriavidus sp. (PET2); (D) Pseudomonas lalkuanensis (PS1); và (E) Aquipseudomonas sp. (PS2). Thanh tỷ lệ được thể hiện trực tiếp trên từng ảnh.
Hình 4. Sàng lọc PCR một số gen liên quan đến chuyển hóa polyme ở các chủng được lựa chọn. Kết quả PCR được sử dụng như chỉ dấu định hướng và cần được xác nhận thêm ở mức biểu hiện gen, hoạt tính enzyme và sản phẩm chuyển hóa.
Kết quả sàng lọc PCR ghi nhận ở PS2 các tín hiệu liên quan đến PETase, alkB và các gen của chu trình PHA; PE2 có tín hiệu lipA, trong khi các chủng còn lại thể hiện những tổ hợp gen khác nhau. Các tín hiệu này giúp định hướng giả thuyết về cơ chế chuyển hóa, làm cơ sở để khẳng định chức năng phân hủy polyme về sau. Bước tiếp theo cần kết hợp giải trình tự, định lượng biểu hiện gen, đánh giá hoạt tính enzyme và phân tích sản phẩm chuyển hóa liên quan. Kết quả bước đầu cho thấy vi khuẩn bản địa tại TP.HCM có tiềm năng cho xử lý sinh học chất thải nhựa. Cần tiếp tục xác nhận cơ chế phân hủy trước khi mở rộng ứng dụng.
Nhóm nghiên cứu P. CNSH Môi trường – Trung tâm CNSH TP.HCM