Исследователи из Университета Кобе создали бактерии Escherichia coli, способные производить пиридиндикарбоновую кислоту (PDCA) — биоразлагаемую альтернативу пластику

Исследователи из Университета Кобе создали бактерии Escherichia coli, способные производить пиридиндикарбоновую кислоту (PDCA) — биоразлагаемую альтернативу пластику, которая обладает лучшими характеристиками по сравнению с нефтяным PET и достигает уровней производства более чем в семь раз выше, чем сообщалось ранее. Этот прорыв, опубликованный на этой неделе в журнале Metabolic Engineering, представляет собой значительный шаг вперед в области науки о устойчивых материалах, поскольку глобальное загрязнение пластиком достигает кризисного уровня. PDCA биоразлагаем и демонстрирует физические свойства, сопоставимые или превосходящие свойства PET, который широко используется для контейнеров и текстиля. В отличие от традиционного производства биоразлагаемого пластика, которое часто сталкивается с проблемами выхода продукта, чистоты и стоимости, команда Университета Кобе успешно получила PDCA без нежелательных побочных продуктов, используя клеточный метаболизм для включения азота. Ведущий исследователь Цутому Танака пояснил, что большинство стратегий производства на основе биомассы сосредоточено на молекулах, состоящих из углерода, кислорода и водорода, но соединения, содержащие азот, обладают огромным потенциалом для создания высокоэффективных пластиков. «Наша группа подошла к задаче с новой стороны: мы стремились использовать клеточный метаболизм для ассимиляции азота и синтеза соединения с нуля до готового продукта», — сказал Танака. Команда столкнулась со значительным препятствием, когда один из внедрённых ферментов производил перекись водорода, которая атаковала фермент, ответственный за её производство, и деактивировала его. Исследователи решили эту проблему, оптимизировав условия культивирования и добавив соединение-поглотитель для нейтрализации перекиси водорода, хотя это добавление может создать экономические и логистические сложности при промышленном производстве. Это исследование проводится на фоне тревожных масштабов загрязнения пластиком по всему миру. Более 98 процентов пластмасс производятся с использованием ископаемого топлива, что приводит к выбросу 2 миллиардов тонн CO2 ежегодно, при этом перерабатывается менее 10 процентов пластиковых отходов. Глобальный рынок биоразлагаемых пластиков переживает беспрецедентный рост: его стоимость оценивается примерно в 6,3 миллиарда долларов в 2025 году и ожидается, что к 2035 году она достигнет 15,6 миллиарда долларов. Пакеты для разовой упаковки, пластиковые бутылки и контейнеры для фаст-фуда составляют почти половину всех произведённых пластиковых отходов, имея срок службы от нескольких минут до нескольких часов, но оставаясь в окружающей среде сотни лет. Микро- и нанопластиковые частицы теперь обнаруживаются в биологических образцах человека, включая кровь, грудное молоко и органы по всему миру. Прорыв университета Кобе демонстрирует, что метаболические реакции могут включать азот без образования нежелательных побочных продуктов, обеспечивая чистый и эффективный синтез целевых соединений. По словам Танаки, это достижение «расширяет спектр молекул, доступных посредством микробиального синтеза, тем самым ещё больше увеличивая потенциал биопроизводства». Исследование финансировалось Японским обществом содействия развитию науки и Японским агентством науки и технологий. Команда уже планирует внести улучшения для повышения эффективности производства и перехода к практической реализации.