Кишечную палочку «научили» производить биоразлагаемый пластик

Южнокорейские биоинженеры создали генетически модифицированный штамм кишечной палочки (E. coli), способный производить биоразлагаемые полимеры на основе аминокислот. Предложенный метод может сделать пластик более экологичным как в процессе производства, так и при утилизации.

Традиционное производство пластика имеет две серьезные проблемы: зависимость от ископаемого топлива и длительный период разложения готовых изделий. Бактериальная система решает обе проблемы одновременно, используя возобновляемые ресурсы и создавая биоразлагаемые материалы.

Биоинженеры использовали естественную бактериальную систему хранения энергии — полигидроксиалканоаты. Бактерии кишечной палочки синтезируют эти полимеры при избытке углерода и недостатке других питательных веществ. Ученые модифицировали эту систему для включения нужных аминокислот в полимерную цепь.

Ученые ввели бактериям копии генов, необходимых для производства конкретных аминокислот, что увеличило выход полимера. Экспериментируя с различными ферментами, они подобрали ферменты, стимулирующие производство полимеров, по свойствам напоминающих различные виды пластика.

Эксперименты показали, что бактерии могут создавать полимеры с различными свойствами, изменяя состав аминокислот и других компонентов. Исследователи продемонстрировали возможность производства смесей различных мономеров и значительно увеличили выход полимера, добавив в штамм E. coli дополнительные ферменты.

В качестве доказательства концепции ученые произвели поли(эстерамид) в большом биореакторе, продемонстрировав, что процесс можно легко масштабировать. Они также протестировали физические, термические и механические свойства полимера, показав, что они сопоставимы со свойствами полиэтилена высокой плотности.

Несмотря на впечатляющие результаты, технология имеет свои ограничения. Состав полимера нельзя полностью контролировать — фермент может включать случайные соединения из метаболизма клетки. Также существуют проблемы очистки полимера от других компонентов клетки и относительно низкая скорость производства по сравнению с промышленными методами.

Исследователи продолжат совершенствовать технологию, чтобы в перспективе заменить глобальное производство пластика из нефтехимических полимеров на более экологичные аналоги.