To prawdziwa rewolucja! Naukowcy stworzyli „żywy plastik”, który sam się zjada
W procesie kompostowania nowy produkt rozkłada się w ciągu miesiąca, w porównaniu z bardziej tradycyjnymi wersjami, których rozkład, w tych samych warunkach zajmuje do 55 dni.
Inspiracją dla tej obiecującej technologii była moc białek przeżuwających plastik, które są naturalnie wytwarzane przez gatunek bakterii odkryty w 2016 roku w zakładzie recyklingu w Japonii.
W ciągu lat naukowcy odkryli kilka innych gatunków bakterii, które wyewoluowały enzymy umożliwiające spożywanie plastiku, a te naturalne białka zainspirowały ich syntetyczne wersje, które mają jeszcze większy apetyt na nasze odpady.
Naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk (CAS), kierowani przez biologa syntetycznego Chenwanga Tanga, odkryli teraz, jak zintegrować zarodniki bakterii, które wydzielają te enzymy w samą strukturę plastiku polikaprolaktonowego (PCL).
W ten sposób, gdy plastik zacznie się rozkładać, nowo uwolnione enzymy będą mogły dokończyć zadanie. Enzymy, będące dużymi i złożonymi białkami, są często niestabilne lub bardzo delikatne. Dlatego inżynierowie włączyli gen enzymu lipazy z bakterii Burkholderia cepacia (BC) do DNA innego drobnoustroju zwanego Bacillus subtilis, który w postaci zarodników jest odporny na wysokie temperatury i ciśnienie. Gdy powierzchnia plastiku ulega erozji, uwolnione zarodniki zaczynają kiełkować. Rosnąca B. subtilis wyraża następnie swoją kopię lipazy BC, która zaczyna działać prawie całkowicie, degradując cząsteczki PCL.
Tang i jego współpracownicy z CAS odkryli, że gdy w celu przyspieszenia procesu zastosowano drugą lipazę wytwarzaną przez drożdże Candida antarctica, plastik uległ degradacji w ciągu tygodnia. Natomiast tradycyjne tworzywa PCL poddane takiej samej obróbce nadal utrzymują się po trzech tygodniach.
Temperatury i ciśnienia wymagane do wytworzenia PCL nie są tak ekstremalne, jak warunki wymagane w przypadku innych tworzyw sztucznych. Aby sprawdzić, czy zarodniki mogą przetrwać obróbkę niezbędną do wytworzenia innych tworzyw sztucznych, naukowcy z CAS opracowali bakterie tak, aby wyrażały markery fluorescencyjne. Testowane produkty z tworzyw sztucznych obejmują PBS (polibutylen bursztynian), PBAT (poliadypinian butylenu-ko-tereftalan), PLA (kwas polimlekowy), PHA (polihydroksyalkaniany), a nawet tworzywo PET (tereftalan polietylenu), które wymaga temperatur sięgających nawet 300 oC.
Plastiki zawierające zarodniki, po fizycznym zniszczeniu lub ugotowaniu, zaczęły świecić. Sugeruje to, że zarodniki przeżywają „proces pieczenia” i uwalniają swoją zawartość, gdy erozja zostanie zainicjowana zgodnie z planem.
„Żywe tworzywa sztuczne pozostały stabilne po namoczeniu w sodzie przez 60 dni, co sugeruje ich potencjalne zastosowanie jako materiałów opakowaniowych” – dodaje zespół badawczy z CAS. Tworzywa sztuczne były również w stanie „całkowicie rozpaść się bez dodatku antybiotyków, co podkreślało solidność systemu”.
Choć badanie stanowi jedynie weryfikację koncepcji, stanowi intrygujące rozwiązanie narastającego problemu zanieczyszczeń tworzywami sztucznymi. Zespół z CAS ma nadzieję, że ich nowa technika pewnego dnia zainspiruje zrównoważone, biodegradowalne materiały, które nie zanieczyszczają naszej planety przez stulecia już po jednorazowym użyciu.
Badanie opublikowano w czasopiśmie Nature Chemical Biology.
- Editor: LIU Jia; "Living Plastics: New Solution for Plastic Degradation Through Synthetic Biology"; https://english.cas.cn/newsroom/research_news/life/202408/t20240822_683736.shtml; 29-08-2024;
