Исследователи KAIST разрабатывают пластик на основе микроорганизмов, способный заменить ПЭТ-бутылки

Этот прорыв был осуществлен под руководством выдающегося профессора Сан Ёп Ли с кафедры химической и биомолекулярной инженерии, который вместе со своей командой использовал передовые методы метаболической инженерии для создания микробного штамма, способного эффективно производить устойчивую альтернативу ПЭТ.

Исследование, опубликованное в Трудах Национальной академии наук, представляет собой новый микробный подход к производству псевдоароматических дикарбоновых кислот — соединений, которые обладают превосходными физическими свойствами и более высокой биоразлагаемостью по сравнению с традиционными ароматическими полиэфирами, такими как ПЭТ, при синтезе в виде полимеров.

Исследование затрагивает существенное ограничение предыдущих методов химического производства псевдоароматических дикарбоновых кислот, которые были затруднены низким выходом, плохой селективностью, сложными условиями реакции и опасными побочными продуктами. Используя бактерию Corynebacterium glutamicum, обычно используемую в производстве аминокислот, команда KAIST применила метаболическую инженерию для улучшения метаболического потока протокатеховой кислоты, предшественника различных псевдоароматических дикарбоновых кислот, и предотвращения потери предшественника.

Основные результаты исследований и этапы производства

Команда KAIST достигла замечательных производственных результатов, успешно синтезировав пять типов псевдоароматических дикарбоновых кислот, каждый из которых может сыграть потенциальную роль в устойчивом производстве полимеров благодаря своей биоразлагаемости и физическим свойствам:

2-пирон-4,6-дикарбоновая кислота: производится в глобальной высокой концентрации 76,17 г/л, это соединение служит биоразлагаемым альтернативным мономером с потенциальными применениями в производстве устойчивых полиэфиров. Его высокий выход и физическая стабильность делают его сильным кандидатом для создания экологически чистых пластиковых материалов для замены ПЭТ.

2,3-пиридиндикарбоновая кислота: это соединение, производимое в концентрации 2,79 г/л, проявляет химические свойства, которые поддерживают стабильность в биоразлагаемых полимерных цепях, что может повысить долговечность и экологичность конечных продуктов.

2,4-пиридиндикарбоновая кислота: при концентрации 0,49 г/л эта кислота обеспечивает потенциальные возможности сшивания, способствуя получению полимеров с улучшенной гибкостью и устойчивостью, подходящих для различных упаковочных применений.

2,5-пиридиндикарбоновая кислота: это соединение, производимое в концентрации 1,42 г/л, обеспечивает баланс биоразлагаемости и структурной жесткости, что делает его пригодным для легких применений, где требуется долговечность, например, для одноразовой упаковки или контейнеров.

2,6-пиридиндикарбоновая кислота: при значительном выходе продукции 15,01 г/л эта кислота потенциально может улучшить барьерные свойства биопластиков, что делает ее ценной для упаковки продуктов питания и напитков, где защита от влаги или газа имеет решающее значение.

С помощью анализа транскриптома команда определила критические генетические цели, повышающие сохранение предшественников и эффективность производства. Внедрив три новых метаболических пути для производства пиридиндикарбоновой кислоты, команда значительно улучшила выходы по всем целевым кислотам, способствуя масштабируемым методам производства для устойчивых полимерных альтернатив.

Промышленное применение и будущий потенциал

Ожидается, что эта новаторская работа проложит путь для различных промышленных применений в производстве полиэфира, предоставляя устойчивую альтернативу материалам, полученным из нефтехимии. Результаты могут внести значительный вклад в будущее производства биомономеров, в конечном итоге снижая зависимость химической промышленности от нефтехимии.

Профессор Ли выразил оптимизм относительно будущих применений технологии: «Значение заключается в том, что мы разработали экологически чистую технологию, которая эффективно производит аналогичные ароматические полиэфирные мономеры на основе микроорганизмов. Это исследование поможет биомономерной промышленности на основе микроорганизмов заменить химическую промышленность на основе нефтехимии в будущем».

Более подробную информацию см. в оригинальном исследовании: Jae Sung Cho et al., Метаболическая инженерия Corynebacterium glutamicum для производства пирона и пиридиндикарбоновых кислот, Труды Национальной академии наук (2024). DOI: [10.1073/pnas.2415213121](https://doi.org/10.1073/pnas.2415213121).

Предоставлено: Корейским передовым институтом науки и технологий (KAIST)

Информация о журнале: Труды Национальной академии наук