باکتری مهندسی شده‌ای که زیست پلاستیک تولید می‌کند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از IE، این دانشمندان باکتری‌ها را به گونه‌ای مهندسی کردند تا پلیمر‌هایی که ساختار‌های حلقه مانند که سفتی و پایداری حرارتی پلاستیک‌ها را افزایش می‌دهد، تولید کنند.

«سانگ یوپ لی» «Sang Yup Lee» از مجریان این طرح می‌گوید: «فکر می‌کنم تولید زیستی کلید موفقیت کاهش تغییرات اقلیم و بحران جهانی پلاستیک خواهد بود باید در سطح بین المللی برای ترویج تولید زیست محور همکاری کنیم تا بتوانیم تضمین کننده محیط بهتری برای آینده خود باشیم.»

به طور معمول، این مولکول‌های حاوی حلقه برای میکروارگانیسم‌ها سمی هستند، بنابراین محققان مجبور شدند یک مسیر متابولیک منحصر به فرد طراحی کنند. این مسیر به باکتری E. coli اجازه می‌دهد تا نه تنها پلیمر را بسازد، بلکه تجمع پلیمر و پیش ساز‌های آن را نیز تحمل کند.

پلیمر حاصل، زیست تخریب پذیر و دارای خواص فیزیکی است که می‌تواند در کاربرد‌های زیست پزشکی مانند سیستم‌های دارورسانی مفید باشد.

بیشتر پلاستیک‌های مورد استفاده در بسته بندی و کاربرد‌های صنعتی مانند PET و پلی استایرن، دارای ساختار‌های آروماتیک و حلقه مانند هستند.

اگرچه محققان پیش از این میکروب‌ها را برای تولید پلیمر‌هایی با ترکیبی از مونومر‌های آروماتیک و آلیفاتیک (غیر حلقه‌مانند) مهندسی کرده اند، اما این اولین موردی است که در آن میکروب‌ها قادر به تولید پلیمر‌هایی هستند که کاملا از مونومر‌هایی با زنجیره‌های جانبی آروماتیک تشکیل شده‌اند.

محققان برای رسیدن به این هدف، نخست یک مسیر متابولیک جدید را با ادغام آنزیم‌های میکروارگانیسم‌های مختلف ابداع کردند که باکتری‌ها را قادر می‌سازد یک مونومر آروماتیک به نام فنیلاکتات تولید کنند. سپس از شبیه سازی‌های رایانه‌ای برای طراحی یک آنزیم پلیمراز استفاده کردند که می‌تواند این مونومر‌های فنیلاکتات در یک پلیمر کاملا آروماتیک مونتاژ می‌کند.

لی طی بیانیه‌ای اظهار داشت: «این آنزیم می‌تواند پلیمر را موثرتر از هر آنزیم موجود در طبیعت سنتز کند.»

محققان پس از انجام اصلاحاتی در مسیر متابولیک باکتری و آنزیم پلیمراز، مقیاس آزمایشات خود را با کشت میکروب‌ها در مخازن تخمیر ۶.۶ لیتری افزایش دادند. سویه بهینه سازی شده، با موفقیت ۱۲.۳ گرم در لیتر از پلیمر، پلی (D-phenylactate) تولید کرد. با این حال، برای حرکت به سمت تجاری سازی، این تیم قصد دارد این بازده را به حداقل ۱۰۰ گرم در لیتر برساند.

این پژوهشگران قصد دارند با نگاهی به آینده، مونومر‌ها و پلیمر‌های آروماتیک اضافی با خواص شیمیایی و فیزیکی متنوع، مانند مواردی که وزن مولکولی بالاتری برای استفاده صنعتی دارند، توسعه دهند. همچنین در تلاش برای بهینه سازی بیشتر فرآیند خود برای امکان تولید در مقیاس بزرگتر هستند.

لی تاکید کرد: «اگر تلاش بیشتری برای افزایش بازدهی صورت پذیرد، ممکن است این روش در مقیاس بزرگ تری تجاری سازی شود. ما در تلاش برای بهبود کارایی فرآیند تولید خود و همچنین فرآیند بازیابی هستیم تا بتوانیم پلیمر‌های تولیدی را از نظر اقتصادی خالص کنیم.»

نتایج این تحقیقات در نشریه Trends in Biotechnology منتشر شده است.