Бактерии способны производить биопластик — альтернативу пластику на основе нефти

Учёные ищут альтернативы пластику, который производится на основе нефти. Они хотят создать более устойчивые, биоразлагаемые и менее токсичные материалы.

Два исследования биологов из Вашингтонского университета в Сент-Луисе посвящены одному из возможных решений — фиолетовым бактериям. При небольшом стимулировании они могут производить биопластик.

Исследование под руководством аспиранта Эрика Коннерса показало, что два вида этих бактерий способны производить полигидроксиалканоаты (ПГА) — природные полимеры, которые можно использовать для производства пластика.

Другое исследование под руководством Тахины Ранаивоаризоа показало, что генная инженерия может помочь увеличить производство ПГА у хорошо изученного, но печально известного вида пурпурных бактерий.

Коннерс и Ранаивоарисоа работают в лаборатории Арпиты Бозе. Она доцент биологии факультета искусств и наук и автор-корреспондент новых исследований. По её словам, существует огромный спрос на биопластики, которые не производят выбросов CO2 и полностью разлагаются. Эти исследования показывают, как важно искать новые способы производства этого материала.

Пурпурные бактерии — это микробы, которые живут в воде. Они умеют приспосабливаться и создавать полезные соединения из простых ингредиентов. Как и некоторые другие бактерии и зелёные растения, они могут превращать углекислый газ в пищу, используя энергию солнца. Но вместо хлорофилла у них есть другие пигменты, чтобы улавливать солнечный свет.

В подходящих условиях эти бактерии могут бесконечно производить полимеры, например, ПГА. Из таких полимеров делают биопластик.

Как сообщают биологи из Университета Вашингтона в журнале Microbial Biotechnology, два малоизвестных вида пурпурных бактерий из рода Rhodomicrobium продемонстрировали удивительную готовность производить полимеры, особенно если на них подается небольшое количество электричества и азота.

Стоит взглянуть на бактерии, которые мы раньше не рассматривали, — говорит Коннерс.

Мы даже не приблизились к раскрытию их потенциала.

Бактерии Rhodomicrobium обладают необычными свойствами, которые делают их интригующими претендентами на роль природных фабрик по производству биопластика.

Это уникальная бактерия, которая выглядит совсем иначе, чем другие пурпурные бактерии, — говорит Коннерс.

В то время как некоторые виды плавают по культурам в виде отдельных клеток, этот конкретный род образует взаимосвязанные сети, которые, похоже, особенно хорошо приспособлены для производства ПГА.

Другие виды бактерий также могут производить биопластичные полимеры. Исследователи WashU с помощью генной инженерии смогли добиться впечатляющих уровней ПГА от бактерии Rhodopseudomonas palustris TIE-1, которая обычно неохотно производит полимеры.

TIE-1 — прекрасный организм для изучения, но исторически он не был лучшим для производства ПГА, — говорит Ранаивоаризоа.

Несколько генетических изменений помогли увеличить производство ПГА. Один подход оказался особенно успешным.

Исследователи вставили ген, увеличивающий естественный фермент RuBisCO. Этот катализатор помогает растениям и бактериям улавливать углерод из воздуха и воды. С помощью суперзаряженного фермента бактерии стали мощными производителями ПГА. Исследователи уверены, что такой подход можно применить и к другим бактериям, способным производить больше биопластиков.

В будущем Боуз планирует изучить качество и области применения полимеров, полученных в лаборатории. Она надеется, что эти биопластики станут реальными решениями.

24.08.2024