Учёные разработали бактериальный штамм для изготовления биоразлагаемого пластика из глюкозы

Южнокорейские ученые создали генно-инженерный штамм Escherichia coli (E. coli), способный производить полимеры из глюкозы, тем самым потенциально снижая зависимость от нефтехимических источников и предлагая экологически безопасную альтернативу традиционным пластикам, которые не разлагаются в окружающей среде.

Основой данного процесса служит система бактериального синтеза полигидроксиалканоатов (PHA) — полиэфиры, синтезируемые микробами при избытке углерода и нехватке других питательных веществ. Исследователи модифицировали ферменты, заставив бактерии создавать полимеры с включением аминокислот. Это стало возможным благодаря интеграции двух ключевых элементов: фермента из Clostridium, который связывает аминокислоты с коэнзимом А, и усовершенствованной PHA-синтазы из Pseudomonas с четырьмя мутациями, способствующей формированию полимерных цепей.

В ходе первых экспериментов было зафиксировано низкое количество полученного полимера (2%–5% от общей массы бактерий). Однако добавление дополнительных копий генов, ответственных за синтез лизина, увеличило его долю в материале до 80%, а общий выход — до 8%. Изъятие гена, кодирующего фермент для производства молочной кислоты, позволило снизить её долю в полимере с 30% до менее 1%. Дополнительная оптимизация за счет использования вспомогательных ферментов способствовала достижению выхода полимера более 50% от биомассы.

Полученные материалы остаются биоразлагаемыми, поскольку связи в полимерах образуются естественными ферментами. Исследователи также подтвердили, что мутации в PHA-синтазе дают возможность модифицировать состав полимеров, усиливая включение определённых аминокислот или добавляя нестандартные компоненты.

Однако технология ещё не готова к промышленному применению. Система не обеспечивает стопроцентной чистоты: ферменты могут случайно включать в полимеры побочные продукты метаболизма бактерий. Кроме того, процесс создания полимеров менее быстр, чем традиционные методы синтеза, а очистка материала от клеточных остатков требует дополнительных ресурсов.

«Эта работа демонстрирует приемлемость биосинтетических подходов, — подчеркивают авторы. — Мы продемонстрировали, как бактерии могут служить фабриками для создания «зелёных» материалов с заданными свойствами». Данная разработка прокладывает путь к созданию пластиков, которые производятся из возобновляемых источников и безопасно разлагаются в природную среду.

Источник: iXBT