Созданные человеком бактерии научились производить модификатор пластика
Созданные бактерии могут производить модификатор, который делает пластик, полученный из возобновляемых источников, более перерабатываемым, более устойчивым к разрушению и биоразлагаемым даже в морской воде. Разработка Университета Кобе обеспечивает платформу для промышленного масштабного настраиваемого производства материала, который имеет большой потенциал для превращения пластмассовой промышленности в «зеленую».
Пластик — отличительная черта нашей цивилизации. Это семейство легкоплавких, универсальных и долговечных материалов, большинство из которых также устойчивы в природе и, следовательно, являются значительным источником загрязнения окружающей среды. Кроме того, многие пластмассы производятся из сырой нефти — невозобновляемого ресурса.
Инженеры и исследователи по всему миру ищут альтернативы, но пока не найдено ни одной, которая обладала бы теми же преимуществами, что и традиционные пластики, и при этом не имела бы проблем с их использованием. Одной из самых перспективных альтернатив является полимолочная кислота, которую можно получать из растений, но она хрупкая и плохо разлагается.
Чтобы преодолеть эти трудности, биоинженеры Университета Кобе под руководством Сейичи Тагучи совместно с компанией Kaneka Corporation, производящей биоразлагаемые полимеры, решили смешать полимолочную кислоту с биопластиком под названием LAHB, который обладает целым рядом полезных свойств, но прежде всего он биоразлагаем и хорошо смешивается с полимолочной кислотой. Однако для получения LAHB необходимо было сконструировать штамм бактерий, который естественным образом производит прекурсор путем систематических манипуляций с геномом организма посредством добавления новых генов и удаления мешающих.
Промышленное производство требует высокой степени натяжения расплава, что можно оценить по тому, насколько мало материал проседает при нагревании. Полимолочная кислота с добавлением LAHB провисает гораздо меньше, чем чистая полимолочная кислота, то есть этот материал лучше поддается обработке.
В научном журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering они сообщают, что таким образом смогли создать бактериальную фабрику по производству пластика, которая производит цепочки LAHB в больших количествах, используя в качестве сырья только глюкозу. Кроме того, они показали, что, изменяя геном, можно контролировать длину цепочки LAHB и, соответственно, свойства получаемого пластика. Так они смогли получить цепочки LAHB в десять раз длиннее, чем при использовании традиционных методов, которые они назвали «ультравысокомолекулярными LAHB».
Самое главное, что исследователи, добавив LAHB такой беспрецедентной длины в полимолочную кислоту, смогли создать материал, обладающий всеми свойствами, к которым стремились. Получившийся в результате высокопрозрачный пластик гораздо лучше поддается формовке и более ударопрочен, чем чистая полимолочная кислота, а также разлагается в морской воде в течение недели.
«Смешивая полимолочную кислоту с LAHB, можно одним махом преодолеть многочисленные проблемы полимолочной кислоты, и ожидается, что модифицированный таким образом материал станет экологически устойчивым биопластиком, удовлетворяющим противоречивые потребности в физической прочности и биоразлагаемости», — прокомментировал Тагучи.
Материал, полученный в результате добавления сверхвысокомолекулярного LAHB к молочному, представляет собой очень прозрачный пластик. Биоинженеры Университета Кобе, однако, мечтают о большем. Штамм бактерий, который они использовали в этой работе, способен употреблять CO2 в качестве сырья, таким образом, можно будет синтезировать полезные пластики непосредственно из парникового газа. Тагучи объясняет: «Благодаря синергии нескольких проектов мы стремимся реализовать технологию биопроизводства, которая эффективно соединит микробное производство и разработку материалов».
Пластмассы, которые являются обычной частью повседневной жизни, представляют собой серьезные экологические проблемы, в первую очередь из-за их происхождения из ископаемого топлива и проблем с их утилизацией. Новый метод использует возобновляемый ресурс, а также обеспечивает их эффективное преобразование с минимальным воздействием на окружающую среду.
