Исследователи создали штамм кишечной палочки, способный переваривать полиэтилентерефталат (ПЭТФ) и превращать его в адипиновую кислоту - полезное сырье для производства нейлоновых материалов, лекарств и ароматизаторов.
В исследовании, опубликованном в журнале ACS Central Science, сообщается об использовании этого штамма кишечной палочки для расщепления обычных пластиковых бутылок и других пластиковых отходов.
Каждый день в наши океаны и реки выбрасывается пластик, эквивалентный 2 000 грузовиков с отходами. Инициативы по переработке пластика могут в какой-то мере способствовать решению растущей проблемы пластиковых отходов, поскольку изделия из него можно измельчить, переплавить и превратить в новые изделия, но все же необходимы новые методы борьбы с этими отходами.
Ранее исследователи из Эдинбургского университета сообщили об успешном создании штамма кишечной палочки, способного превращать главный компонент пластиковых бутылок - терефталевую кислоту - в более ценное и востребованное соединение ванилин, которое отвечает за характерный вкус.
Теперь другая группа исследователей Эдинбургского университета под руководством профессора Стивена Уоллеса сообщает об успешном расширении биосинтетических путей E.coli, позволяющих ей метаболизировать терефталевую кислоту в адипиновую кислоту — распространенное сырье, которое обычно получают из ископаемого топлива в ходе очень энергоемкого процесса.
«Мы используем метод, называемый синтетической биологией, когда мы вставляем в кишечную палочку новые фрагменты ДНК, которые программируют клетку на выполнение новых химических реакций», - говорит Уоллес, профессор химической биотехнологии Эдинбургского университета.
«В данном случае мы запрограммировали бактерии на получение адипиновой кислоты из пластиковых отходов, что позволяет изготавливать нейлон для одежды из переработанных пластиковых бутылок».
Кишечная палочка превращает пластиковые отходы в ценное сырье
Новый штамм кишечной палочки вырабатывает ферменты, которые превращают терефталевую кислоту в более короткоцепочечные кислоты, такие как муконовая и адипиновая. Для завершения процесса превращения муконовой кислоты в адипиновую кислоту исследователи использовали второй вид кишечной палочки, выделяющий газообразный водород, и палладиевый катализатор.
Исследователи обнаружили, что прикрепление сконструированных штаммов кишечной палочки к альгинатным гидрогелевым шарикам повышает эффективность их работы. В результате проведенных экспериментов было установлено, что до 79% терефталевой кислоты может быть превращено в адипиновую кислоту с помощью этого первого в своем роде способа биоутилизации.
Подтвердив возможность такого превращения, исследователи протестировали штаммы кишечной палочки, поддерживаемые гидрогелем, на двух реальных образцах: ПЭТ-бутылках и промышленных пластиковых отходах.
«Мы применили эти штаммы как к пластиковой бутылке, найденной на улице, так и к образцу пластиковых отходов, образовавшихся на местном промышленном предприятии в Шотландии, и оба штамма работали очень хорошо» - сказал Уоллес. «Это наглядно демонстрирует нам, как пластиковые отходы могут служить новым сырьем для химического производства, и в настоящее время мы применяем эти результаты для получения ряда различных промышленных продуктов».
Как отмечают исследователи разработка устойчивых методов переработки пластика на биологической основе - это новый подход к созданию круговой экономики в химической промышленности. Новый метод протекает при комнатной температуре, рН окружающей среды и в течение 24 часов, что делает его вполне пригодным для широкого применения.