Биоинженерные микроорганизмы: новое решение для разложения пластиковых отходов

По данным Агентства по охране окружающей среды, в США ежегодно образуется около 40 миллионов тонн пластиковых отходов, из которых 64% приходится на полиэтилентерефталат (ПЭТ). Как обычный упаковочный пластик, ПЭТ очень устойчив к разложению, на его разложение уходят столетия. Чтобы решить эту проблему, команда Райса создала адгезивные бактерии, включив в состав натуральную аминокислоту под названием 3,4-дигидроксифенилаланин (ДОФА), которая является ключом к сильным адгезионным свойствам мидий.

«Наше исследование имеет большой потенциал для решения растущей проблемы загрязнения пластиком в США и во всем мире», — сказал руководитель исследования Хань Сяо, директор центра Rice's Synthesis X и доцент кафедры химии, биологических наук и биоинженерии.

Улучшенная адгезия к деградации пластика

Используя технологию расширения генетического кода, команда успешно внедрила ДОФА в бактерии, значительно повысив их способность связываться с поверхностями ПЭТ. Испытанные при 37 градусах Цельсия, сконструированные бактерии продемонстрировали замечательное 400-кратное увеличение адгезии. Эта улучшенная адгезия была объединена с мощным ферментом, известным как гидролаза полиэтилентерефталата, который расщепляет ПЭТ на более мелкие, более управляемые фрагменты. Результаты показали значительную деградацию пластика всего за одну ночь.

Новый путь к эффективной переработке

Инновационный подход исследователей предлагает более быстрый и эффективный метод разложения пластиковых отходов, открывая новый путь переработки и снижения воздействия на окружающую среду. «Наш метод подчеркивает инновационную полезность расширения генетического кода в области материальной и клеточной инженерии. Он имеет большие перспективы для решения реальных проблем», — сказал Сяо.

Борьба с биообрастанием в морской промышленности и медицине

Помимо деградации пластика, адгезионные свойства модифицированных белков имеют потенциальное применение в борьбе с биообрастанием — нежелательным накоплением микроорганизмов и водорослей на подводных поверхностях. Это явление может повредить суда, подводные конструкции и трубы, что приведет к дорогостоящему обслуживанию. Модифицированные ДОФА белки могут образовывать прочный барьер на органических и металлических поверхностях, эффективно предотвращая биообрастание.

В секторе здравоохранения эти взаимодействия могут быть использованы для создания интеллектуальных конъюгатов материала и белка для различных биомедицинских приложений. «Это исследование открывает новые возможности для разработки современных биоматериалов для имплантируемых медицинских устройств, тканевой инженерии и доставки лекарств», — добавил Мэнси Чжан, первый автор исследования и аспирант химического факультета.

Новаторская работа команды Университета Райса предлагает многогранное решение двойной проблемы пластиковых отходов и биообрастания, открывая путь для более широкого применения в области охраны окружающей среды и медицины.