Tworzenie biodegradowalnego „żywego plastiku”

Naukowcy z Chińskiego Uniwersytetu w Hongkongu stworzyli rodzaj „żywego plastiku”, który ulega biodegradacji, poprzez wszczepienie do materiału bazowego mikroorganizmów żywiących się plastikiem.

Elektrody wykonane z komercyjnie dostępnego plastiku (górny rząd) rozkładają się trudniej niż elektrody wykonane z „żywego plastiku” (dolny rząd). Zdjęcie: ACS

Niektóre mikroorganizmy (bakterie, grzyby) potrafią rozkładać długie łańcuchy polimerów (tworzywa sztuczne, bioplastiki) poprzez wydzielanie specyficznych enzymów zewnątrzkomórkowych. Bazując na tym mechanizmie, naukowcy zmodyfikowali genetycznie zarodniki Bacillus subtilis, aby wytworzyć enzymy rozkładające plastik, a następnie zaszczepili je bezpośrednio w oryginalnym materiale plastikowym. Mikroorganizmy te pozostają uśpione do momentu aktywacji gorącym „roztworem odżywczym”, po czym w ciągu kilku dni całkowicie trawią plastik, nie pozostawiając po sobie żadnych cząsteczek mikroplastiku.

To nie pierwszy raz, kiedy naukowcy wykorzystują mikroorganizmy do rozkładu plastiku. W 2024 roku polikaprolakton (PCL) został użyty do przetestowania zdolności enzymu wydzielanego przez mikroorganizmy do jego rozkładu. W międzyczasie, w USA, zespół badawczy z Uniwersytetu Kalifornijskiego stworzył również wysoce elastyczny plastik TPU zawierający zarodniki drobnoustrojów, który może ulec rozkładowi po wyrzuceniu na wysypisko.

Innowacyjność naukowców z Hongkongu leży jednak w dwóch aspektach. Po pierwsze, zamiast polegać na pojedynczym enzymie rozkładającym polimer, zmodyfikowali szczepy Bacillus subtilis, aby wytworzyć dwa enzymy, które działają synergicznie i wzajemnie się uzupełniają. Dokładniej, jeden enzym rozkłada długie łańcuchy polimeru, niszcząc ich pierwotną strukturę, podczas gdy drugi enzym je rozkłada. W porównaniu z metodą z pojedynczym enzymem, podejście z dwoma enzymami jest znacznie skuteczniejsze, niemal całkowicie rozkładając PCL w zaledwie 6 dni.

Druga innowacja polega na bezpośrednim osadzaniu zarodników drobnoustrojów w materiale bazowym z tworzywa sztucznego, co skutkuje powstaniem „żywego plastiku”. Ten nowy materiał charakteryzuje się trwałością i elastycznością, podobnymi do konwencjonalnych membran PCL. Dodanie roztworu odżywczego jako katalizatora w temperaturze 50°C aktywuje zarodniki bakterii, inicjując proces rozkładu.

W eksperymencie naukowcy wykorzystali wspomniany „żywy plastik” do stworzenia elastycznych elektrod. Wyniki pokazały, że produkt działał prawidłowo i ulegał samoistnemu rozkładowi w kontakcie z katalizatorem. Proces ten trwał dwa tygodnie i nie pozostawił żadnych śladów, w tym mikrocząsteczek plastiku.

Podkreślając istotne praktyczne zastosowania tych badań, naukowcy przyznają, że nowy rodzaj plastiku ma ograniczenia: jego proces degradacji nadal zależy od warunków środowiskowych lub katalizatorów. Dlatego dążą do opracowania wodnych aktywatorów zarodników, ponieważ większość odpadów plastikowych ostatecznie trafia do rzek, jezior i mórz. Mają również nadzieję, że nowa metoda będzie mogła być zastosowana nie tylko do PCL, ale także do innych rodzajów tworzyw sztucznych, zwłaszcza tych powszechnie używanych do produkcji jednorazowych produktów plastikowych.

MAI QUEN (według newatlas, American Chemical Society)

Źródło: https://baocantho.com.vn/tao-ra-nhua-song-tu-phan-huy-sinh-hoc-a204604.html