دانشمندان باکتری‌ها را برای تولید اولین پلاستیک زیست‌پایدار حرارتی مهندسی کردند
پژوهشگران در کره موفقیت قابل توجهی در توسعه میکروب‌های تولیدکننده پلاستیک به عنوان جایگزینی برای صنعت پلاستیک‌های مبتنی بر نفت به دست آورده‌اند - آنها باکتری‌هایی را مهندسی کرده‌اند که پلیمرهایی با ساختارهای حلقه‌ای تولید می‌کنند که استحکام و پایداری حرارتی پلاستیک‌ها را افزایش می‌دهد.
سانگ یوپ لی، نویسنده ارشد، می‌گوید: «فکر می‌کنم تولید زیستی کلید موفقیت کاهش تغییرات آب و هوایی و بحران جهانی پلاستیک خواهد بود.»
او افزود: «ما نیاز داریم به همکاری‌های بین‌المللی برای ترویج تولیدات زیست‌محور تا بتوانیم محیط بهتری برای آینده خود تضمین کنیم.»
به طور معمول، این مولکول‌های حاوی حلقه برای میکروارگانیسم‌ها سمی هستند، بنابراین محققان باید مسیر متابولیکی منحصربه‌فردی طراحی می‌کردند. این مسیر به باکتری ای. کولی اجازه می‌دهد نه تنها پلیمر را سنتز کنند، بلکه تجمع هم پلیمر و هم پیش‌سازهای آن را تحمل کنند.
پلیمر حاصل زیست‌تجزیه‌پذیر است و دارای ویژگی‌های فیزیکی‌ای است که می‌تواند در کاربردهای بیومدیکال مانند سیستم‌های تحویل دارو مفید باشد.
اولین تولید میکروبی پلیمرهای آروماتیک و آلیفاتی
بیشتر پلاستیک‌های مورد استفاده در بسته‌بندی و کاربردهای صنعتی، مانند PET و پلی‌استایرن، حاوی ساختارهای حلقه‌ای آروماتیک هستند.
در حالی که مطالعات قبلی موفق به مهندسی میکروب‌ها برای تولید پلیمرهایی با ترکیب مونومرهای آروماتیک و آلیفاتی (غیرحلقه‌ای) شدند، این نخستین باری است که میکروب‌ها قادر به تولید پلیمرهایی شده‌اند که کاملاً از مونومرهای با زنجیره‌های جانبی آروماتیک تشکیل شده‌اند.
برای رسیدن به این هدف، محققان ابتدا یک مسیر متابولیکی نوین با ادغام آنزیم‌ها از میکروارگانیسم‌های مختلف ایجاد کردند که به باکتری امکان تولید مونومر آروماتیک به نام فنی‌لاکتات را داد.
سپس از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری استفاده کردند تا یک آنزیم پلی‌مراز طراحی کنند که بتواند این مونومرهای فنی‌لاکتات را به یک پلیمر آروماتیک کامل به‌طور کارآمد مونتاژ کند.
لی در اطلاعیه خبری گفت: «این آنزیم می‌تواند پلیمر را به‌طور کارآمدتر از هر آنزیم موجود در طبیعت سنتز کند.»
افزایش مقیاس برای استفاده صنعتی
بعد از بهینه‌سازی مسیر متابولیکی باکتری‌ها و آنزیم پلی‌مراز، محققان آزمایش‌های خود را با کشت میکروب‌ها در تانک‌های تخمیر ۶.۶ لیتری (۱.۷ گالنی) گسترش دادند.
سویه بهینه‌شده با موفقیت ۱۲.۳ گرم در لیتر از پلیمر پلی(D-فنی‌لاکتات) تولید کرد؛ با این حال، برای حرکت به سوی تجاری‌سازی، تیم هدف دارد که این میزان را به حداقل ۱۰۰ گرم در لیتر افزایش دهد.
نگاه به آینده، محققان برنامه‌ریزی کرده‌اند تا مونومرهای آروماتیک و پلیمرهای اضافی با خواص شیمیایی و فیزیکی متنوع، مانند وزن مولکولی بالاتری که برای استفاده صنعتی لازم است، توسعه دهند.
آنها همچنین روی بهینه‌سازی بیشتر فرایند خود کار می‌کنند تا تولید در مقیاس بزرگ‌تر را ممکن کنند.
لی می‌گوید: «اگر تلاش بیشتری برای افزایش بازدهی انجام دهیم، این روش ممکن است بتواند در مقیاس بزرگ‌تر تجاری شود.» او افزود: «ما در حال کار بر روی بهبود کارایی فرایند تولید و همچنین فرایند بازیافت هستیم تا بتوانیم به‌صورت اقتصادی پلیمرهایی که تولید می‌کنیم را خالص‌سازی کنیم.»
این مطالعه در مجله Trends in Biotechnology منتشر شده است.
