Naukowcy z North Carolina State University opracowali genetycznie zmodyfikowane mikroorganizmy morskie rozkładające plastik w słonej wodzie.

Szczególnie dobrze poddaje się temu procesowi politereftalan etylenu (PET), tworzywo, które w znaczący sposób przyczynia się do zanieczyszczenia oceanów mikroplastikiem.

– Jedną z opcji jest wyciągnięcie plastiku z wody i wyrzucenie go na wysypisko śmieci, ale to samo w sobie stanowi wyzwanie – powiedział Nathan Crook, członek zespołu inżynierii chemicznej i biomolekularnej uniwerystetu stanowego w Północnej Karolinie, jeden z autorów artykułu na temat badań, opublikowanego w czasopiśmie “AIChE”. – Byłoby lepiej, gdybyśmy mogli rozbić te tworzywa sztuczne na produkty, które można ponownie wykorzystać. Aby to zadziałało, potrzebujesz niedrogiego sposobu na rozkład plastiku. Nasza praca jest dużym krokiem w tym kierunku.

Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy pracowali z dwoma gatunkami bakterii. Pierwsza bakteria, Vibrio natriegens, rozwija się w słonej wodzie a jej niezwykłą właściwością jest szybkie rozmnażanie. Z kolei druga bakteria, Ideonella sakaiensis, wytwarza enzymy, które pozwalają jej rozkładać PET i zjadać go.

Naukowcy pobrali DNA Ideonelli i włączyli jej sekwencję genetyczną do plazmidu*, wpuszczonego następnie do bakterii Vibrio natriegens. Dzięki temu udało się pobudzić tę ostatnią do wytwarzania pożądanych enzymów (rozkładających plastik) na powierzchni komórek. Następnie naukowcy wykazali, że V. natriegens jest w stanie rozłożyć PET w środowisku słonej wody w temperaturze pokojowej.

– Z praktycznego punktu widzenia jest to pierwszy znany nam organizm genetycznie zmodyfikowany, który jest w stanie rozkładać mikroplastik PET w słonej wodzie – powiedziała Tianyu Li, doktorantka NCSU uczestnicząca w badaniach, współautorka wspomnianego artykułu. – To ważne, ponieważ usuwanie plastiku z oceanu i płukanie soli o wysokim stężeniu przed rozpoczęciem jakichkolwiek procesów związanych z rozkładem plastiku jest nieopłacalne.

– Jednak chociaż jest to ważny pierwszy krok, nadal istnieją trzy istotne przeszkody – zaznaczył Crook. – Po pierwsze chcielibyśmy włączyć DNA I. sakaiensis bezpośrednio do genomu V. natriegens, co sprawiłoby, że produkcja enzymów rozkładających tworzywa sztuczne byłaby bardziej stabilną cechą zmodyfikowanych organizmów. Po drugie, musimy dalej modyfikować V. natriegens, tak aby był w stanie odżywiać się produktami ubocznymi wytwarzanymi podczas rozkładu PET.

Ostatnim krokiem, zdaniem naukowca, powinno być takie zmodyfikowanie V. natriegens, aby wytworzyła pożądany produkt końcowy z PET w postaci cząsteczek będących użytecznym surowcem dla przemysłu chemicznego.

– Szczerze mówiąc, to trzecie wyzwanie jest najłatwiejsze z trzech – powiedział Crook. – Najtrudniejszą częścią było rozbicie PET w słonej wodzie.

Według naukowca nieocenione dla prowadzonych badań byłoby wsparcie przemysłu: – Jesteśmy otwarci na rozmowy z grupami branżowymi, aby dowiedzieć się więcej na temat cząsteczek, które w wyniku inżynierii V. natriegens byłyby najbardziej pożądane dla produkcji przemysłowej – zapewnił. – Trzeba wziąć pod uwagę zakres cząsteczek, które możemy pobudzić do produkcji bakterii, a także potencjalną skalę ich wykorzystania produkcji.

Artykuł zatytułowany „Rozkład mikroplastików PET w warunkach słonej wody przy użyciu inżynieryjnych natriegenów Vibrio” został opublikowany w czasopiśmie AIChE American Industry of Chemical Engineers. jego współautorem jest Stefano Menegatti, profesor nadzwyczajny inżynierii chemicznej i biomolekularnej na Uniwersytecie NC.

* Plazmidy to sekwencje genetyczne, które mogą replikować się w komórce niezależnie od własnego chromosomu komórki.)