باکتری چسبنده الهام گرفته از صدف برای تجزیه سریع‌تر زباله‌های پلاستیکی سخت
دانشمندان به طور فعال به دنبال راه‌حل‌هایی برای مقابله با مشکل روزافزون زباله‌های پلاستیکی هستند. متأسفانه، پلاستیک می‌تواند صدها سال زمان ببرد تا تجزیه شود. با شکستن پلاستیک به قطعات کوچکتر، حذف آن دشوارتر شده و خطر بیشتری برای حیات وحش و اکوسیستم‌ها بوجود می‌آید.
اکنون پژوهشگران دانشگاه رایس با الهام از صدف یک راه‌حل پیدا کرده‌اند.
پژوهشگران با استفاده از ویژگی‌های چسبندگی طبیعی صدف‌ها، میکروارگانیسم‌های مهندسی شده زیستی ایجاد کرده‌اند که می‌توانند به شدت به سطوح چسبیده باشند.
هان شیائو، سرپرست مطالعه و استادیار شیمی، بیوسیستم و مهندسی زیستی گفت: "پژوهش ما به طور بسیار هیجان‌انگیزی امید به حل مشکل روزافزون آلودگی پلاستیکی در آمریکا و در سراسر جهان دارد."
باکتری‌های ژنتیکی تغییر یافته
سالانه، ایالات متحده تا ۴۰ میلیون تن زباله پلاستیکی تولید می‌کند. پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) - نوعی پلاستیک - بخش عمده‌ای از این زباله را تشکیل می‌دهد (۶۴ درصد). PET می‌تواند قرن‌ها طول بکشد تا تجزیه شود.
پژوهشگران باکتری‌ها و پروتئین‌های چسبنده‌ای توسعه دادند که می‌توانند به طور موثرتر PET را شکسته و تجزیه کنند. این می‌تواند ابزاری ارزشمند برای کاهش آلودگی پلاستیکی در سطح جهانی باشد.
در این توسعه، پژوهشگران از تکنیک توسعه کد ژنتیکی برای تغییر باکتری‌ها بهره بردند.
آنها یک اسید آمینه طبیعی به نام 3،4-دی‌هیدروکسی‌فنیل‌آلانین (DOPA) را به کد ژنتیکی باکتری‌ها معرفی کردند. DOPA در صدف‌ها یافت می‌شود و مسئول قابلیت چسبندگی آنها به سطوح است.
این روش به شکل قابل توجهی توانایی چسبندگی باکتری به سطوح PET افزایش داد و باکتری را در شکستن پلاستیک PET موثرتر ساخت.
شیائو گفت: "روش ما نقش نوآورانه توسعه کد ژنتیکی در مهندسی مواد و سلولی را برجسته می‌کند و پتانسیل دارد کاربردهای زیست‌مهندسی را تغییر داده و مشکلات دنیای واقعی را حل کند."
مقابله با زیست‌رشد
باکتری‌های مهندسی شده افزایش ۴۰۰ برابری در چسبندگی به زیرلایه‌های PET در آزمایش های دما ۳۷ درجه سلسیوس نشان دادند.
علاوه بر این، این باکتری‌های چسبنده با آنزیمی به نام هیدرولاز پلی‌اتیلن ترفتالات برای تجزیه پلاستیک ترکیب شدند.
این امر منجر به "آنچه پژوهشگران به عنوان میزان قابل توجهی از تجزیه پلاستیک‌ها در طول شب توصیف می‌کنند" شد.
علاوه بر مقابله با آلودگی پلاستیکی، پژوهشگران راه‌هایی برای جلوگیری از زیست‌رشد که مشکلی عمده در صنایعی مثل کشتیرانی، سازه‌های دریایی و تصفیه آب است، پیشنهاد دادند.
زیست‌رشد زمانی رخ می‌دهد که میکروارگانیسم‌ها، گیاهان، جلبک‌ها و جانوران کوچک به سطوح غوطه‌ور متصل می‌شوند که می‌تواند به بدنه کشتی‌ها، سازه‌های زیرآب و لوله‌ها آسیب وزد و هزینه‌های نگهداری افزایش یابد.
برای این منظور، تیم از تکنیک DOPA برای ساخت پروتئین‌های تغییر یافته استفاده کرد. پروتئین‌ها لایه‌ای حفاظتی بر روی سطوح مختلف ایجاد کردند و از چسبیدن ارگانیزم‌ها جلوگیری نمودند.
بر اساس بیانیه رسانه‌ای ، این پژوهش می‌تواند در بسیاری از زمینه‌ها مانند بهداشت و درمان کاربرد داشته باشد. پروتئین‌های تغییر یافته DOPA می‌تواند برای جلوگیری از چسبندگی باکتری‌ها بر روی دستگاه‌های پزشکی استفاده شده و ایمنی و کارآیی آنها را بهبود بخشند.
منگکسی ژانگ، نویسنده اصلی مطالعه و دانشجوی تحصیلات تکمیلی شیمی می‌گوید: "این امر راه‌های جدیدی برای استفاده از این تعاملات برای توسعه مواد-پروتئین هوشمند برای کاربردهای مختلف بیومدیکال مانند دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت، مهندسی بافت و تحویل دارو باز می‌کند."
در یک توسعه اخیر دیگر، پژوهشگران دانشگاه نورث‌وسترن بهینه‌سازی باکتری فاضلابی که از PET تغذیه می‌کند، کشف کرده‌اند. این باکتری Comamonas testosteri از آنزیمی برای شکستن PET استفاده می‌کند.
نتایج در ژورنال Small Methods منتشر شد.
