Naukowcy opracowali genetycznie mikroorganizm morski, który rozkłada plastik w słonej wodzie. W szczególności zmodyfikowany organizm może rozkładać politereftalan etylenu (PET), plastik stosowany we wszystkim, od butelek z wodą po odzież, który w znaczący sposób przyczynia się do zanieczyszczenia oceanów mikroplastikiem.
„To ekscytujące, ponieważ musimy zająć się zanieczyszczeniem tworzywami sztucznymi w środowisku morskim” – mówi Nathan Crook, autor korespondent artykułu na temat tej pracy oraz adiunkt inżynierii chemicznej i biomolekularnej na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej.
„Jedną z opcji jest wyciągnięcie plastiku z wody i wyrzucenie go na wysypisko śmieci, ale to samo w sobie stanowi wyzwanie. Byłoby lepiej, gdybyśmy mogli rozłożyć te tworzywa sztuczne na produkty, które można ponownie wykorzystać. W tym celu pracy, potrzebujesz niedrogiego sposobu na rozbicie plastiku. Nasza praca tutaj to duży krok w tym kierunku.
Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy pracowali z dwoma gatunkami bakterii. Pierwsza bakteria, Vibrio natriegens, rozwija się w słonej wodzie i jest niezwykła – po części – dlatego, że rozmnaża się bardzo szybko. Druga bakteria, Ideonella sakaiensis, jest niezwykła, ponieważ wytwarza enzymy, które pozwalają jej rozkładać PET i zjadać go.
Naukowcy pobrali DNA I. sakaiensis odpowiedzialnego za wytwarzanie enzymów rozkładających plastik i włączyli tę sekwencję genetyczną do plazmidu. Plazmidy to sekwencje genetyczne, które mogą replikować się w komórce niezależnie od jej własnego chromosomu. Innymi słowy, możesz przemycić plazmid do obcej komórki, a ta komórka wykona instrukcje zawarte w DNA plazmidu. I właśnie to zrobili tutaj badacze.
Wprowadzając plazmid zawierający geny I. sakaiensis do bakterii V. natriegens, naukowcom udało się pobudzić V. natriegens do wytwarzania pożądanych enzymów na powierzchni komórek. Następnie naukowcy wykazali, że V. natriegens jest w stanie rozłożyć PET w środowisku słonej wody w temperaturze pokojowej.
„To ekscytujące z naukowego punktu widzenia, ponieważ po raz pierwszy ktokolwiek doniósł o pomyślnym spowodowaniu ekspresji obcych enzymów V. natriegens na powierzchni komórek” – mówi Crook.
„Z praktycznego punktu widzenia jest to także pierwszy znany nam organizm genetycznie zmodyfikowany, który jest w stanie rozkładać mikroplastiki PET w słonej wodzie” – mówi Tianyu Li, pierwsza autorka artykułu i doktorantka. student NC State. „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” – mówi 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 dokonać dalszych modyfikacji V. natriegens tak, aby był w stanie odżywiać się produktami ubocznymi wytwarzanymi podczas rozkładu PET. Na koniec musimy zmodyfikować V. natriegens, aby wytworzyć pożądany produkt końcowy z PET – taki jak cząsteczka będąca użyteczny surowiec dla przemysłu chemicznego.
„Szczerze mówiąc, to trzecie wyzwanie jest najłatwiejsze z trzech” – mówi Crook. „Najtrudniejszą częścią było rozbicie PET w słonej wodzie.
„Jesteśmy również otwarci na rozmowy z grupami branżowymi, aby dowiedzieć się więcej na temat cząsteczek, które byłyby dla nas najbardziej pożądane w celu wprowadzenia V. natriegens do produkcji” – mówi Crook. „Biorąc pod uwagę zakres cząsteczek, które możemy pobudzić do produkcji bakterii, oraz potencjalnie ogromną skalę produkcji, na które cząsteczki przemysł mógłby zapewnić rynek?”
Artykuł zatytułowany „Rozkład mikroplastików PET w warunkach słonej wody przy użyciu inżynieryjnych natriegenów Vibrio” został opublikowany w czasopiśmie AIChE Journal w otwartym dostępie. Współautorem artykułu jest Stefano Menegatti, profesor nadzwyczajny inżynierii chemicznej i biomolekularnej na Uniwersytecie NC.
Praca została wykonana dzięki wsparciu Narodowej Fundacji Nauki w ramach grantu 2029327.