Цианобактериите – революция в пластмасовата индустрия
Климатично неутрална и бързо разградима: микробиолози от университета Тюбинген правят възможно производството на щадяща климата биопластмаса.
Снимка: Dr. Karl Forchhammer / Universität Tübingen
Като страничен продукт от фотосинтезата, цианобактериите произвеждат пластмаса на естествена основа – при това устойчиво и природосъобразно. Изследователите от университета Тюбинген са успели да променят обмяната на веществата при бактериите, така че да произвеждат природното вещество в такива количества, които да направят използването му в индустрията възможно. Естествената пластмаса може да бъде конкурентна на вредните вещества на нефтена основа. Екипът от изследователи, под ръководството на проф. Карл Форххамър (Karl Forchhammer), от интердисциплинарния Институт по микробиология и инфекциозна медицина наскоро представи резултатите си в няколко проучвания, които са публикувани в специализираните журнали Microbial Cell Factories и PNAS.
Класическата пластмаса
„Индустриалната релевантност на тази форма на биопластмаса може да бъде надценена“ казва Форххамър. Около 370 милиона изкуствени вещества биват произвеждани в днешно време за година. Според прогнозите, световното потребление на пластмаси в следващото десетилетие ще се повиши с 40%. Пластмасата е наистина евтина и може да бъде използвана по разнообразни начини, например като опаковка за храни. От друга страна е с принос за увеличаващите се проблеми с околната среда. Все повече пластмасов отпадък попада в природата, където в една част изкуствените вещества замърсяват моретата или пък влизат в хранителните вериги под формата на микропластмаси. В допълнение, пластмасата се произвежда от нефт, което причинява допълнителни въглеродни емисии при производството.
Снимка: Moritz Koch / Universität Tübingen
Полихидроксибутират – решение на проблемите
Решението за тези проблеми може би лежи при един щам цианобактерии с удивителни характеристики. Цианобактериите от рода Synechocystis продуцират полихидроксибутират (PHB), един вид естествена пластмаса. PHB е приложима наравно с изкуствения полипропилен, но е разградим бързо и без отделяне на вредни вещества в природата. Продуцираното от бактериите количество обаче е твърде малко при нормални условия. Изследователската група от Тюбинген успява да идентифицира в бактериите протеин, който е отговорен за ограничаването на въглеродния поток в посока PHB. След отстраняването на този регулатор, а също и други генетични промени, количеството на продуцираният от бактериите PHB се покачва драстично и в крайна сметка достига над 80% от масата на клетката. „Създадохме истински пластмасови бактерии“, казва д-р Мориц Кох (Moritz Koch) – първи автор на публикуваното в Microbial Cell Factories изследване.
За цианобактериите
Цианобактериите, наричани още микроводорасли или сини водорасли, принадлежат към най-незабележимите, но в същото време най-добрите „актьори“ на нашата планета. Преди около 2,3 милиарда години точно сините водорасли, чрез фитосинтеза, създали атмосферата, както и защитния от UV-лъчи озонов слой.
Снимка: Dr. Karl Forchhammer / Universität Tübingen
„Цианобактериите са по един начин скритите герой на нашата планета“, изтъква Кох: „Това подчертава огромния потенциал, който тази форма на живот носи със себе си“. Тъй като синьо-зелените бактерии се нуждаят само от вода, слънце и въглероден диоксид, според преценката на учените са оптималните актьори за щадящо климата и устойчиво производство. „Веднъж внедрени в индустрията, цялото производство на изкуствени продукти може да претърпи революция“, казва Кох. Дългосрочната цел е използването на бактерии да бъде оптимизирано и мащабирано толкова, че да бъде възможно широкото им използване.
Статията е превод на прессъобщние на Eberhard Karls Tübingen Universität: Cyanobakterien könnten die Plastikindustrie revolutionieren | Universität Tübingen (uni-tuebingen.de)
Повече за изследвания по въпроса можете да прочетете тук (на английски език):
Tim Orthwein, Jörg Scholl, Philipp Spät, Stefan Lucius, Moritz Koch, Boris Macek, Martin Hagemann, Karl Forchhammer. The novel PII-interactor PirC identifies phosphoglycerate mutase as key control point of carbon storage metabolism in cyanobacteria. PNAS February 9, 2021 118 (6) e2019988118; https://doi.org/10.1073/pnas.2019988118
Koch M., Bruckmoser J., Scholl J., Hauf W., Rieger B., Forchhammer K. Maximizing PHB content in Synechocystis sp. PCC 6803: a new metabolic engineering strategy based on the regulator PirC. Microb Cell Fact 19, 231 (2020). https://doi.org/10.1186/s12934-020-01491-1
