Przyszłość tworzyw sztucznych. Plastik będą wytwarzać bakterie

Zanieczyszczenie plastikiem jest poważnym problemem. Dotyczy wszystkich środowisk, zarówno morskich, jak i lądowych. Od początku lat pięćdziesiątych XX wieku na całym świecie zużycie tworzyw sztucznych wzrosło wykładniczo, przekładając się na tysiące ton odpadów trafiających na wysypiska czy do oceanów każdego roku. Co więcej, przemysł tworzyw sztucznych opiera się na ropie naftowej, co wiąże się z emisjami gazów cieplarnianych, które zanieczyszczają powietrze i przyczyniają się do zmian klimatycznych.

Odpowiedzią może być biodegradowalny plastik wytwarzany nie na bazie ropy naftowej, a przez bakterie. Prace nad mikrobami zdolnymi do produkcji tworzyw sztucznych trwają od lat. Wydaje się, że ta sztuka powiodła się naukowcom z Korei Południowej.

Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma "Trends in Biotechnology" (DOI: 10.1016/j.tibtech.2024.06.001).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Opracowane przez badaczy bakterie są zdolne do produkcji polimerów zawierających struktury pierścieniowe, które sprawiają, że tworzywa sztuczne przez nie wytwarzane są bardziej sztywne i termicznie stabilne. Zadanie to nie było łatwe, bo cząsteczki te są zwykle toksyczne dla mikroorganizmów. By pokonać tę przeszkodę uczeni zmodyfikowali szlak metaboliczny bakterii E. Coli tak, by te tolerowały akumulację polimerów i bloków budulcowych, z których się składa.

Uczeni najpierw skonstruowali nową ścieżkę metaboliczną poprzez rekombinację enzymów z innych mikroorganizmów, co umożliwiło bakteriom wytwarzanie aromatycznego monomeru zwanego fenylomleczanem. Następnie wykorzystali symulacje komputerowe, aby zaprojektować enzym polimerazy, który mógłby wydajnie łączyć te bloki budulcowe fenylomleczanu w polimer. Według autorów publikacji, opracowany enzym może syntetyzować polimer wydajniej niż jakikolwiek enzym dostępny w naturze.

Powstały polimer jest biodegradowalny, a jego właściwości pozwalają wykorzystać go do wielu zastosowań, m.in. w biomedycynie. - Myślę, że bioprodukcja będzie kluczem do sukcesu w łagodzeniu zmian klimatycznych i globalnego kryzysu zanieczyszczenia plastikiem — mówi Sang Yup Lee z Korea Advanced Institute of Science and Technology. - Musimy współpracować na arenie międzynarodowej, aby promować produkcję opartą na biotechnologii, żebyśmy mogli zapewnić lepsze środowisko dla naszej przyszłości – dodaje.

Po zoptymalizowaniu szlaku metabolicznego bakterii i enzymu polimerazy, naukowcy hodowali mikroby w kadziach fermentacyjnych. Końcowy szczep był w stanie wyprodukować 12,3 g/l polimeru (poli(D-fenylomleczanu)). Aby wprowadzić produkt na rynek, naukowcy chcą zwiększyć wydajność do co najmniej 100 g/l.

- Na podstawie jego właściwości uważamy, że ten polimer powinien nadawać się w szczególności do dostarczania leków. Nie jest tak silny jak PET, głównie ze względu na niższą masę cząsteczkową - mówi Lee.

W przyszłości naukowcy planują opracować dodatkowe rodzaje tworzyw o różnych właściwościach chemicznych i fizycznych — na przykład polimery o wyższych masach cząsteczkowych wymaganych do zastosowań przemysłowych. Pracują również nad dalszą optymalizacją swojej metody, aby można ją było skalować.

- Jeśli włożymy więcej wysiłku w zwiększenie wydajności, ta metoda może być komercjalizowana na większą skalę. Pracujemy nad poprawą wydajności naszego procesu produkcyjnego, a także procesu odzyskiwania, abyśmy mogli ekonomicznie oczyszczać produkowane przez nas polimery – podkreśla Lee.

Źródło: Cell Press, Trends in Biotechnology, fot. Minju Kang and Sang Yup Lee/ CC BY-SA

Twórz treści i zarabiaj na ich publikacji. Dołącz do WP Kreatora