Polylactide Degradation in the Presence of Members of the Genus Bacillus

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Abstract

Microorganisms of the genus Bacillus were shown to have different effects on the degradation of polylactide packaging material. The degradation experiment was carried out on an agar medium at a temperature of 55°C and pH 5.9 for 14 days. This is the first report on the abiotic hydrolysis significantly slowing down during incubation with B. licheniformis S8 and occurring in parallel with the main process, enzymatic hydrolysis. The latter involved sequential cleavage of monomer units from the end of the macromolecule and the formation of low molecular weight products used by microorganisms as a substrate; it contributed to a decrease in the mass of polylactide by 5.1%, while maintaining its molecular weight and decreasing the dispersion of molecular weights. In the presence of bacteria B. amyloliquefaciens, B. subtilis subsp. spizizenii, and B. subtilis subsp. inaquosorum, the polymer weight did not decrease, but the molecular weight decreased significantly, similar to abiotic hydrolysis.

About the authors

V. V. Mironov

Winogradsky Institute of Microbiology, Federal Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: 7390530@gmail.com
Russia, 119071, Moscow

E. S. Trofimchuk

Department of Chemistry, Moscow State University

Email: 7390530@gmail.com
Russia, 119991, Moscow

V. V. Ostrikova

Winogradsky Institute of Microbiology, Federal Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Email: 7390530@gmail.com
Russia, 119071, Moscow

A. V. Plutalova

Department of Chemistry, Moscow State University

Email: 7390530@gmail.com
Russia, 119991, Moscow

M. A. Moskvina

Department of Chemistry, Moscow State University

Email: 7390530@gmail.com
Russia, 119991, Moscow

A. A. Shchelushkina

Winogradsky Institute of Microbiology, Federal Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Email: 7390530@gmail.com
Russia, 119071, Moscow

E. V. Chernikova

Department of Chemistry, Moscow State University

Email: 7390530@gmail.com
Russia, 119991, Moscow

D. S. Sokolova

Winogradsky Institute of Microbiology, Federal Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Email: 7390530@gmail.com
Russia, 119071, Moscow

References

  1. Миронов В.В., Трофимчук Е.С., Загустина Н.А., Иванова О.А., Вантеева А.В., Бочкова Е.А., Острикова В.В., Чжан Ш. Твердофазная биодеградация полилактида (обзор) // Прикл. биохимия и микробиология. 2022. Т. 58. С. 537‒550.
  2. Mironov V.V., Trofimchuk E.S., Zagustina N.A., Ivanova O.A., Vanteeva A.V., Bochkova E.A., Ostrikova V.V., Zhang S. Solid-phase biodegradation of polylactide (review) // Appl. Biochem. Microbiol. 2022. V. 58. P. 537‒550.
  3. Соколова Д.Ш. Образование биоэмульгаторов и поверхностно-активных веществ галотолерантными и термотолерантными штаммами Bacillus licheniformis S10 и S8 // Материалы Cедьмого московского межд. конгресса “Биотехнология: состояние и перспективы развития”. Москва. 19–22.03.2013. Ч. 2. С. 206.
  4. Belbella A., Vauthier Ch., Fessi H., Devissaguet J.-Ph., Puisieux F. In vitro degradation of nanospheres from poly(D,L-lactides) of different molecular weights and polydispersities // Int. J. Pharmaceut. 1996. V. 129. P. 95‒102.
  5. Mironov V., Vanteeva A., Sokolova D., Merkel A., Nikolaev Y. Microbiota dynamics of mechanically separated organic fraction of municipal solid waste during composting // Microorganisms. 2021a. V. 9. Art. 1877.
  6. Mironov V., Vanteeva A., Merkel A. Microbiological activity during co-composting of food and agricultural waste for soil amendment // Agronomy. 2021b. V. 11. Art. 928.
  7. De Jong S., Arias E., Rijkers D., van Nostrum C., Bosch J.K.-V.D., Hennink W. New insights into the hydrolytic degradation of poly(lactic acid): Participation of the alcohol terminus // Polymer. 2001. V. 42. P. 2795–2802.
  8. Hosni A.S., Pittman J.K., Robson G.D. Microbial degradation of four biodegradable polymers in soil and compost demonstrating polycaprolactone as an ideal compostable plastic // Waste Manag. 2019. V. 97. P. 105–114.
  9. Husárová L., Pekărová S., Stloukal P., Kucharzcy P., Verney V., Commereuc S., Ramone A., Koutny M. Identification of important abiotic and biotic factors in the biodegradation of poly(l-lactic acid) // Int. J. Biol. Macromol. 2014. V. 71. P. 155–162.
  10. Ivleva N.P. Chemical analysis of microplastics and nanoplastics: challenges, advanced methods, and perspectives // Chem. Rev. 2021. V. 121. P. 11886–11936.
  11. Kale G., Auras R., Singh S.P. Comparison of the degradability of poly(lactide) packages in composting and ambient exposure conditions // Packag. Technol. Sci. 2007. V. 20. P. 49–70.
  12. Karamanlioglu M., Preziosi R., Robson G.D. Abiotic and biotic environmental degradation of the bioplastic polymer poly(lactic acid): a review // Polym. Degrad. Stab. 2017. V. 137. P. 122–130.
  13. Lee S.H., Yeo S.Y. Improvement of hydrophilicity of polylactic acid (PLA) fabrics by means of a proteolytic enzyme from Bacillus licheniformis // Fibers and Polymers. 2016. V. 17. P. 1154‒1161.
  14. Mitchell M.K., Hirt D.E. Degradation of PLA fibers at elevated temperature and humidity // Polym. Eng. Sci. 2015. V. 55. P. 1652–1660.
  15. Prema S., Uma Maheswari Devi Palempalli. Degradation of polylactide film by depolymerase from Bacillus amyloliquefaciens // Int. J. Sci. Engin. Res. 2014. V. 5. P. 520–525.
  16. Prema S., Uma Maheswari Devi Palempalli. Degradation of polylactide plastic by PLA depolymerase isolated from thermophilic Bacillus // Int. J. Curr. Microbiol. App. Sci. 2015. V. 4. P. 645–654.
  17. Pantani R., De Santis F., Auriemma F., De Rosa C., Di Girolamo R. Effects of water sorption on poly(lactic acid) // Polymer. 2016. V. 99. P. 130–139.
  18. Richert A., Dąbrowska G.B. Enzymatic degradation and biofilm formation during biodegradation of polylactide and polycaprolactone polymers in various environments // Int. J. Biol. Macromol. 2021. V. 176. P. 226–232.
  19. Schliecker G., Schmidt C., Fuchs S., Kissel T. Characterization of a homologous series of d,l-lactic acid oligomers; a mechanistic study on the degradation kinetics in vitro // Biomaterials. 2003. V. 24. P. 3835–3844.
  20. Stepczyńska M., Rytlewski P. Enzymatic degradation of flax-fibers reinforced polylactide // Int. Biodeterior. Biodegr. 2016. V. 126. P. 160–166.
  21. Yuan J., Ma J., Sun Y., Zhou T., Zhao Y., Yu F. Microbial degradation and other environmental aspects of microplastics/plastics // Sci. Total Environ. 2020. V. 715. Art. 136968.
  22. Zaaba N.F., Jaafar M. A review on degradation mechanisms of polylactic acid: hydrolytic, photodegradative, microbial, and enzymatic degradation // Polym. Eng. Sci. 2020. V. 60. P. 2061–2075.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (3MB)

Copyright (c) 2023 В.В. Миронов, Е.С. Трофимчук, В.В. Острикова, А.В. Плуталова, М.А. Москвина, А.А. Щелушкина, Е.В. Черникова, Д.Ш. Соколова

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».