Эксперты подвели итоги программы «УМНИК»* Фонда содействия инновациям.
По результатам 2022 года его победителями в Тюмени стали 14 новаторов – среди них 5 представителей ТюмГУ. Они получат по 500 тыс. руб. на реализацию инновационной идеи.
*Проект направлен на поддержку проектов молодых ученых.
Кристина Макарова – студентка направления «Биоинженерия и биоинформатика» Института биологии. Она стала обладателем гранта на разработку технологии получения высокоэффективных штаммов микроорганизмов для переработки пластиковых промышленных и бытовых отходов.
Немного о Кристине и ее направлении обучения
Как правило, в школе при выборе будущей профессии мы ориентируемся на предметы, которые не только вызывают у нас интерес, но еще и, скажем, «нравятся» и «получаются». Таким предметом для студентки стала биология.
Само направление – новое и интересное, а главное, очень востребованное на рынке труда. От биологов нас отличают корни: инженер и информатик.
- Биоинженеров часто называют «мокрыми биологами» из-за того, что они специализируются на исследованиях в лабораторных условиях. Такие ученые работают на молекулярном уровне с вирусами, бактериями и эукариотами.
- Биоинформатика – это соединение биологических и IT-наук, компьютерная обработка данных, моделирование живых систем путем изучения языков программирования.
С помощью технологий биологи могут предугадывать поведение живой системы, а не только анализировать уже полученные данные. Я и выбрала данную специальность для того, чтобы работать с живой, изменяющейся системой.
Снижение уровня загрязнения пластиковыми отходами: цель работы студентки
Кристина отмечает, что ее работа тесно связана с экологией.
В рамках гранта планируется разработать технологию, которая позволит получать штаммы микроорганизмов с высокой эффективностью для наиболее быстрой и эффективной утилизации пластика.
Предлагаемое решение можно отнести к биологическим способам переработки отходов. Мусора вблизи крупных городов и районных центров все больше. Сортировка отходов и их переработка становятся трендом, но пока полигоны и несанкционированные свалки никуда не исчезают. Кроме того, и заводам сегодня нужны современные решения – технологии с наименьшими выбросами и стоимостью.
Чем помогут микроорганизмы?
Не так давно я наткнулась на статью, опубликованную в журнале Nature в октябре 2022 г. В ней были описаны последовательности ферментов PEases, Demetra и Ceres, которые позволяют личинкам Galleria mellonella (восковой моли) за несколько часов при комнатной температуре окислять и деполимеризовать полиэтилен – один из наиболее производимых и прочных пластиков на основе полиолефинов.
Это явление известно уже более 20 лет, но получение подобных ферментов до сих пор осложнено как экономически, так и биологически. Испанским ученым это удалось, поэтому, взяв за основу их расшифрованные последовательности, мы вполне можем создать штамм для условий наших широт.
Чем опасен пластик?
Полиэтилентерефталат – один из самых распространенных разновидностей пластика и, как следствие, загрязнителей окружающей среды. Из него изготавливают емкости для продуктов, искусственное волокно, многочисленные полиэтиленовые пакеты.
По оценкам исследователей за прошедшие 60 лет с начала развития промышленного производства пластика в мире произвели более 8,3 миллиардов тонн разных видов полиэтилентерефталата. Около 80% отходов не подлежит повторной переработке и складируется на мусорных полигонах, которые занимают участки, где можно заниматься земледелием или фермерским хозяйством. А еще горы мусора загрязняют грунтовые воды и вырабатывают колоссальное количество метана, усиливающего парниковый эффект. Разложение пластика в окружающей среде занимает от десятков до сотен лет.
Технология, которую разрабатывает студентка ТюмГУ, представляется актуальной и востребованной как в России, так и за ее пределами. Сегодня это открытый вопрос для многих исследователей.
За последние двадцать лет возможности российской науки серьезно шагнули вперед. Генетическая инженерия как простой и эффективный метод получения интересуемых штаммов микроорганизмов и ферментов не является исключением. С экономической точки зрения микробиологический синтез даст возможность массового и недорогого производства продуктов, необходимых для переработки пластика.
Примеры из международной практики
Проект Кристины Макаровой – ее первая попытка разработать технологию микробиологического синтеза ферментов PEases, Demetra и Ceres, оптимизировать промышленную переработку пластика.
Студентка описала существующие проекты со схожими целями и их недочеты.
- Группа французских исследователей сконструировала ПЭТ-деполимеразу для разрушения и переработки пластиковых бутылок. Разработчики планируют выйти на масштабное производство к 2025 году. Недочет проекта – выработка парниковых газов из-за нагрева пластика до 70 ° C.
- Японские ученые нашли жука, который питается токсичным пластиком. В своей статье исследователи обращают внимание на невозможность применения ферментов в больших масштабах в ближайшие 10 лет.
- На пути к биопереработке были выделены почвенные бактерии растущие на олигомере и мономере полиуретана. Разработка не способна решить многочисленные проблемы и не имеет массового производства.
В рамках реализации гранта я планирую приступить к созданию технологии синтеза активных бактериальных штаммов на основе нескольких микроорганизмов (E. coli, S. cerevisiae, P. pastoris), сравнить эффективность каждого штамма и произвести его разработку в рамках промышленного культивирования.
Для тех, кто не знал
E. coli – кишечная палочка
S. cerevisiae – грибки, которые широко используются в производстве алкогольной и хлебопекарной продукции
P. pastoris – метилотрофные дрожжи
