W świecie zdominowanym przez tworzywa sztuczne na bazie ropy naftowej naukowcy szukają alternatyw, które byłyby bardziej zrównoważone, biodegradowalne i znacznie mniej toksyczne dla środowiska.

Dwa nowe badania przeprowadzone przez biologów z Uniwersytetu Waszyngtońskiego w St. Louis wskazują na potencjalne źródło przełomowych materiałów: fioletowe bakterie, które przy odrobinie zachęty mogą działać jak mikroskopijne fabryki bioplastiku.

Badanie przeprowadzone przez studenta Erica Connersa wykazało, że dwa stosunkowo mało znane gatunki fioletowych bakterii mają zdolność produkcji polihydroksyalkanoanów (PHA), naturalnych polimerów, które po oczyszczeniu można wykorzystać do produkcji tworzyw sztucznych.

Kolejne badanie, przeprowadzone przez kierowniczkę laboratorium badawczego Tahinę Ranaivoarisoa, wykazało, że inżynieria genetyczna może sprawić, że dobrze zbadany, ale wyjątkowo uparty gatunek fioletowych bakterii znacznie zwiększy produkcję PHA.

Conners i Ranaivoarisoa pracują w laboratorium Arpity Bose, adiunkta biologii w Arts & Sciences i autora korespondencyjnego nowych badań. „Istnieje ogromne globalne zapotrzebowanie na bioplastiki” — powiedział Bose. „Można je produkować bez dodawania CO₂ do atmosfery i są całkowicie biodegradowalne. Te dwa badania pokazują, jak ważne jest podejmowanie wielu podejść do znajdowania nowych sposobów produkcji tego cennego materiału”.

Purpurowe bakterie to specjalna grupa mikrobów wodnych, znana ze swojej zdolności adaptacji i tworzenia użytecznych związków z prostych składników. Podobnie jak zielone rośliny i niektóre inne bakterie, mogą przekształcać dwutlenek węgla w żywność, wykorzystując energię słoneczną. Jednak zamiast zielonego chlorofilu wykorzystują inne pigmenty do wychwytywania światła słonecznego.

Bakterie naturalnie produkują PHA i inne elementy budulcowe bioplastików, aby przechowywać dodatkowy węgiel. W odpowiednich warunkach mogą produkować te polimery w nieskończoność.

Jak donoszą w tym tygodniu biolodzy z Washington University, Biotechnologia mikrobiologicznadwa mało znane gatunki fioletowych bakterii z rodzaju Rodomikrobia wykazały niezwykłą chęć do produkcji polimerów, zwłaszcza gdy były zasilane niewielkimi ilościami elektryczności i odżywiane azotem. „Warto przyjrzeć się bakteriom, których wcześniej nie badaliśmy” — powiedział Conners. „Nie zbliżyliśmy się nawet do zrozumienia ich potencjału”.

Rodomikrobia bakterie mają niezwykłe właściwości, które czynią je intrygującymi kandydatami na naturalne fabryki bioplastiku. „To wyjątkowa bakteria, która wygląda zupełnie inaczej niż inne fioletowe bakterie” — powiedział Conners. Podczas gdy niektóre gatunki unoszą się w kulturach jako pojedyncze komórki, ten konkretny rodzaj tworzy połączone sieci, które wydają się szczególnie dobrze wyposażone do produkcji PHA.

Inne rodzaje bakterii mogą również produkować polimery bioplastikowe z pewną pomocą. Jak doniesiono w Mikrobiologia stosowana i środowiskowa, Naukowcy z Washington University zastosowali inżynierię genetyczną, aby uzyskać imponujące poziomy PHA Różanecznik błotny TIE-1, dobrze zbadany gatunek, który zazwyczaj niechętnie produkuje polimery. „TIE-1 to świetny organizm do badania, ale historycznie nie był najlepszy do produkcji PHA” — powiedział Ranaivoarisoa.

Kilka modyfikacji genetycznych pomogło zwiększyć produkcję PHA, ale jedno podejście okazało się szczególnie skuteczne. Naukowcy zaobserwowali imponujące wyniki, gdy wprowadzili gen, który zwiększył naturalny enzym RuBisCO, katalizator, który pomaga roślinom i bakteriom wychwytywać węgiel z powietrza i wody. Dzięki pomocy supernaładowanego enzymu, zazwyczaj powolne bakterie przekształciły się w względne potęgi PHA. Naukowcy są optymistycznie nastawieni, że podobne podejście może być możliwe w przypadku innych bakterii, które mogą być w stanie produkować jeszcze wyższe poziomy bioplastiku.

W niedalekiej przyszłości Bose planuje przyjrzeć się bliżej jakości i możliwym zastosowaniom polimerów produkowanych w jej laboratorium. „Mamy nadzieję, że te bioplastiki stworzą prawdziwe rozwiązania w przyszłości”.

Oryginalnie opublikowano na stronie internetowej The Ampersand