Группа ученых из Института геонаук и биотехнологий (Германия) совместно с компанией Novonesis разработала бактерий, которые «поедают» отдельные строительные блоки различных типов нейлона.
Результаты этого исследования помогут улучшить переработку нейлона. Исследование было опубликовано в журнале Nature Microbiology. Синтетические полиамиды, более известные как нейлон, отличаются долговечностью и высокой прочностью на разрыв. Они используются в различных отраслях промышленности и для изготовления разнообразных изделий, включая колготки, нижнее белье и спортивную одежду, а также парашюты, сетки, рыболовные лески и компоненты в автомобильной промышленности.
Несмотря на широкий спектр возможных применений и способов использования, уровень переработки полиамидов в настоящее время составляет менее 5%. Большинство нейлоновых отходов идет на свалку из-за отсутствия подходящих процессов переработки, выбрасывается в окружающую среду в виде рыболовных сетей или веревок или сжигается, что может привести к выделению токсичных веществ. Традиционные методы переработки часто оказываются неэффективными. Так, механическая переработка при которой нейлон расплавляется и перерабатывается в волокна или пластиковые изделия, в настоящее время осуществляется только в очень небольших масштабах, поскольку для этого требуются очень чистые нейлоновые отходы. Химическая переработка может разложить нейлон на составные части, чтобы затем собрать их в новый пластик, но зачастую материал не расщепляется полностью. Вместо этого остается смесь отдельных молекул и коротких молекулярных цепочек - так называемых олигомеров. По сравнению с чистыми полимерными строительными блоками, эту смесь трудно переработать.
Именно здесь и пригодилась инновация исследовательской группы, которая генетически усовершенствовала безвредных почвенных бактерий Pseudomonas putida, что позволило им метаболизировать смесь нейлоновых строительных блоков и превращать их в продукты с добавленной стоимостью, такие как биополиэфиры. «Некоторые бактерии после случайных мутаций в своем геноме приобретают способность более эффективно перерабатывать нейлоновые строительные блоки. Такие клетки имеют преимущество в росте перед другими и могут быстрее размножаться. После нескольких поколений в лаборатории, где нейлоновые строительные блоки были единственным источником питания, культура бактерий в конечном итоге начинает состоять только из этих специализированных клеток», - рассказал соавтор исследования Ник Виеркс.
Детально проанализировав геномы, исследователи выявили ответственные мутации и ввели их в клетки Pseudomonas putida. Кроме того, были введены гены специальных ферментов, известных как нейлоназы, которые позволяют бактериям использовать короткие нейлоновые цепочки из химически разлагающегося нейлона в качестве дополнительного источника питания. Потенциал таких ферментов уже изучался в предыдущем исследовании, проведенном совместно с компанией Novonesis.
Полученные результаты являются частью недавно завершенного европейского проекта Glaukos. Цель Glaukos - увеличить срок службы одежды и рыболовных снастей, а также их покрытий за счет создания новых процессов и текстильных волокон на биооснове, значительно сократив при этом углеродный след и загрязнение окружающей среды пластиком.
Источник: phys.org, 10 Feb.,2025