Przełom coraz bliżej, naukowcy stworzyli bakterie zdolne do produkcji plastiku

Problem z plastikiem zaczyna się już na etapie jego produkcji – większość tworzyw sztucznych pochodzi z surowców kopalnych, co utrwala naszą zależność od paliw kopalnych. Dodatkowo, plastik nie jest biodegradowalny i rozkłada się na mikroskopijne cząstki, które zanieczyszczają środowisko. Jednak naukowcy opracowali przełomowe rozwiązanie – bakterie zdolne do produkcji biodegradowalnych polimerów z glukozy.

Zespół koreańskich badaczy skupił się na mechanizmie, dzięki któremu bakterie naturalnie wytwarzają poli-hydroksyalkaniany (PHA) – polimery magazynowane jako źródło energii w warunkach niedoboru składników odżywczych. Bakterie łączą wtedy małe cząsteczki w dłuższe łańcuchy, które mogą zostać ponownie wykorzystane po poprawie warunków środowiskowych.

Największą zaletą tego systemu jest jego elastyczność, ponieważ może wbudować do 150 różnych cząsteczek w tworzący się polimer. Enzym odpowiedzialny za ten proces, zwany PHA syntazą, jest w stanie wiązać cząsteczki zarówno na bazie tlenu, jak i azotu, choć dotychczas nie istniały enzymy zdolne do katalizowania takich reakcji.

Modyfikacje genetyczne i zwiększona produkcja

Badacze wykorzystali enzym z bakterii Clostridium, który skutecznie łączył aminokwasy z koenzymem A, oraz zmodyfikowany enzym z Pseudomonas, który poszerzał zakres możliwych do wykorzystania związków chemicznych. Początkowe testy wykazały, że system działał w probówce, a następnie został wprowadzony do komórek E. coli.

Jednym z wyzwań było to, że jeden z enzymów spowalniał wzrost bakterii. Naukowcy stworzyli więc szczep E. coli, który lepiej tolerował białko, a następnie wprowadzili dodatkowe kopie genów odpowiedzialnych za produkcję lizyny, co zwiększyło ilość wytwarzanego polimeru.

Plastik przyszłości – biodegradowalny, ale wciąż niedoskonały

Badania wykazały, że możliwe jest wytwarzanie polimerów z różnych monomerów, co daje potencjał do regulowania ich właściwości. Wprowadzenie dodatkowych enzymów pozwoliło zwiększyć ilość polimeru do ponad 50% masy bakterii. Co więcej, ponieważ polimery powstają w procesie enzymatycznym, prawdopodobnie będą one biodegradowalne.

Jednak proces wciąż nie jest idealny – naukowcy nie mają pełnej kontroli nad tym, jakie cząsteczki trafiają do polimeru, a jego produkcja jest wolniejsza niż w tradycyjnych procesach przemysłowych. Dodatkowo, konieczne będzie opracowanie efektywnych metod oczyszczania polimeru z pozostałości bakteryjnych.

Mimo to, ta metoda pokazuje ogromny potencjał biotechnologii w produkcji ekologicznych tworzyw sztucznych, które w przyszłości mogą zastąpić tradycyjne plastiki i ograniczyć ich szkodliwy wpływ na środowisko.