Genetycznie zmodyfikowane bakterie rozkładają plastik w słonej wodzie

Zdajemy sobie sprawę, że pozbycie się wszechobecnego już plastiku leży w naszym dobrze pojętym interesie. Nad metodami mającymi w tym pomóc intensywnie pracuje świat nauki, a rezultaty tych prac zaczynają być widoczne. Rozwiązaniem problemu może stać się zmodyfikowana genetycznie bakteria, która potrafi rozkładać poli(tereftalan etylenu), czyli PET, jedno z najczęściej używanych tworzyw sztucznych.

Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma "AIChE Journal" (DOI: 10.1002/aic.18228).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Szczególnie problematyczne są olbrzymie ilości plastiku, które przez lata nagromadziły się w oceanach. Prym wiedzie tutaj oczywiście PET, który znajdziemy niemalże we wszystkim, od plastikowych butelek po odzież. To również główne źródło unoszącego się w wodzie mikroplastiku. Powstaje pytanie, co moglibyśmy zrobić, aby zredukować te potężne oceaniczne wysypiska śmieci? Samo wydobycie i składowanie odpadów byłoby z różnych powodów problematyczne. Najlepiej byłoby móc ten plastik w jakiś sposób ponownie wykorzystać. Jednakże aby to uczynić, najpierw musielibyśmy go rozłożyć.

I w tym właśnie kierunku poszły ostatnio badania naukowców. Poszukując "wykonawcy" swoich zamierzeń zwrócili uwagę na bakterie. Szczególnie istotne są tutaj Ideonella sakaiensis, ponieważ są one w stanie wytwarzać enzym, który rozkłada PET. Należałoby jednak w jakiś sposób wzmocnić ich działanie tak, aby postawione przed nimi zadanie mogły realizować szybciej. Najlepiej byłoby zatem radykalnie zwiększyć ilość tych bakterii. Tutaj z pomocą przychodzi inny gatunek bakterii: Vibrio natriegens. Te bakterie znane są z tego, że po pierwsze namnażają się niezwykle szybko, a po drugie – co w tym przypadku jest szczególnie istotne – żyją w słonej wodzie.

Naukowcy postanowili zatem połączyć ich "moce", by uzyskać swoistego pogromcę plastiku. Pobrali materiał DNA od Ideonella sakaiensis, by następnie umieścić go w plazmidzie drugiej bakterii. Plazmidy są tutaj o tyle wygodnym nośnikiem DNA, że są w stanie replikować się w komórce niezależnie od jej chromosomu. A zatem w komórce jednej bakterii można umieścić plazmid z DNA innej, by ta zaczęła wykonywać zawarte w nim "instrukcje".

W ten właśnie sposób sprawiono, że Vibrio natriegens zaczęła produkować na powierzchni swoich komórek enzym charakterystyczny dla Ideonella sakaiensis. Następnie sprawdzono efekt końcowy w warunkach bojowych i okazało się, że bakterie te zyskały zdolność do rozkładania PET w temperaturze pokojowej, a jednocześnie w słonej wodzie. W ten sposób stworzony został pierwszy mikroorganizm, który jest do tego zdolny w takich właśnie warunkach. Jest to szczególnie istotne, ponieważ konieczność usunięcia znacznych ilości soli z powierzchni plastiku znacznie zwiększyłoby tak czasochłonność, jak i koszt potencjalnego alternatywnego procesu.

Jednakże zanim "superbakteria" będzie mogła zacząć rozkładać plastik na skalę przemysłową konieczne będzie jeszcze pokonanie trzech kroków. - Po pierwsze chcielibyśmy włączyć DNA Ideonella sakaiensis bezpośrednio do genomu Vibrio natriegens, co sprawiłoby, że produkcja enzymów rozkładających tworzywa sztuczne stałaby się bardziej stabilną cechą zmodyfikowanych organizmów. Po drugie, musimy dalej modyfikować Vibrio natriegens, tak aby bakteria była w stanie odżywiać się produktami ubocznymi wytwarzanymi podczas rozkładu PET. Na koniec musimy zmodyfikować Vibrio natriegens, aby wytworzyć pożądany produkt końcowy z PET – taki jak cząsteczka będąca użytecznym surowcem dla przemysłu chemicznego – powiedział Nathan Crook, jeden z autorów publikacji.

Źródło: North Carolina State University, fot. PickPik/ CC0