Цианобактерии производят пластик естественным путём как побочный продукт фотосинтеза — и они делают это устойчивым и экологически чистым образом. Исследователи из Тюбингенского университета впервые добились успеха в изменении метаболизма бактерий, чтобы получить этот “натуральный” пластик в количествах, которые позволят его использовать в промышленных масштабах. Этот новый пластик может составить конкуренцию экологически вредным пластикам на нефтяной основе. Исследователи под руководством профессора Карла Форкхаммера из Межфакультетского института микробиологии и инфекционной медицины представили свои открытия в нескольких исследованиях, опубликованных в журналах Microbial Cell Factories и PNAS.
«Трудно переоценить промышленную значимость данной формы биопластика», — сказал Форкхаммер. Около 370 миллионов тонн пластика производятся каждый год. Согласно прогнозам, глобальное производство пластика увеличится ещё на 40% в следующем десятилетии. С одной стороны, пластик может использоваться разными способами и у него дешёвая стоимость — например, он хорош для упаковки еды. С другой стороны, это является причиной роста экологических проблем. Всё больше и больше пластика попадает в естественную среду, где попадает в океаны и входит в пищевую цепочку в виде микропластика. Кроме этого, пластик преимущественно изготавливается из нефти, которая при сжигании добавляет в атмосферу СО2.
Решение данных проблем может быть в штамме цианобактерий с удивительными свойствами. Цианобактерии рода Synechocystis производят полигидроксибутират (polyhydroxybutyrate, PHB) — естественную форму пластика. PHB может использоваться аналогично пластику полипропилену, однако он быстро разлагается в окружающей среде, а также не содержит загрязняющих веществ. Однако количество пластика, производимого этими бактериями, как правило очень мало.
Исследовательская группа из Тюбингенского университета смогла выявить у бактерий систему контроля, которая ограничивает внутриклеточный поток связанного углерода в PHB. После удаления соответствующего регулятора и некоторых генетических изменений, количество PHB, производимого бактериями, значительно возросло, в конечном итоге дойдя до 80% от общей массы самой клетки. «Мы создали настоящие пластиковые бактерии», — сказал доктор Мориз Кох, первый автор исследования, опубликованного в журнале Microbial Cell Factories.
Цианобактерии, также известные как микроводоросли или синезелёные водоросли, являются одним из самых незаметных и мощных игроков на нашей планете. Именно они создали нашу атмосферу и озоновый слой, защищающий нас от ультрафиолетового излучения посредством фотосинтеза около 2,3 миллиарда лет назад.
«Цианобактерии, в некоторым смысле, чемпионы нашей планеты, — подчёркивает Кох. — Это говорит о невероятном потенциале этих организмов». Поскольку синезелёным бактериям нужна только вода, СО2 и солнечный свет, исследователи верят, что цианобактерии — идеальный кандидат для экологичного и устойчивого производства. «Как только они будут внедрены в промышленность, во всём производстве пластмасс может произойти революция», — сказал Кох. По его словам, долгосрочная цель состоит в том, чтобы оптимизировать использование цианобактерий и увеличить его до такой степени, чтобы сделать возможным крупномасштабное производство.
_______________
Перевод Екатерина Хананова , редактор Антон Меньшенин .
Исследования:
1) Tim Orthwein et al. The novel PII-interactor PirC identifies phosphoglycerate mutase as key control point of carbon storage metabolism in cyanobacteria, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2019988118
2) Moritz Koch et al. Maximizing PHB content in Synechocystis sp. PCC 6803: a new metabolic engineering strategy based on the regulator PirC, Microbial Cell Factories (2020). DOI: 10.1186/s12934-020-01491-1