Биологи открывают инновационные методы увеличения производства биопластика с использованием пурпурных бактерий

Два новаторских исследования, проведенных биологами из Вашингтонского университета, подчеркивают потенциал этих микробов. В первом исследовании аспирант Эрик Коннерс обнаружил, что два относительно неизвестных вида пурпурных бактерий обладают замечательной способностью производить полигидроксиалканоаты (PHA) — природные полимеры, которые можно очищать для создания биопластиков.

Между тем, во втором исследовании руководитель исследовательской лаборатории Тахина Ранаивоарисоа продемонстрировала, что генная инженерия может значительно повысить выработку PHA у хорошо известного, но традиционно упрямого вида пурпурных бактерий. 

И Коннерс, и Ранаивоарисоа работают под руководством Арпиты Бозе, доцента биологии в области искусств и наук в Вашингтонском университете, которая является соответствующим автором исследований. «Существует огромный спрос на биопластики во всем мире», — сказал Бозе. «Их можно производить без добавления CO2 в атмосферу, и они полностью биоразлагаемы. Эти два исследования показывают важность изучения множественных подходов к открытию новых способов производства этого ценного материала».

Фиолетовые бактерии, уникальная группа водных микробов, славятся своей приспособляемостью и способностью создавать полезные соединения из простых ингредиентов. Как и зеленые растения, они могут преобразовывать углекислый газ в пищу с помощью солнечного света. Однако, в отличие от растений, они используют другие пигменты для улавливания света, что придает им характерный фиолетовый оттенок.

Эти бактерии естественным образом производят PHA и другие прекурсоры биопластов как способ хранения дополнительного углерода. При правильных условиях они могут продолжать производить эти полимеры бесконечно.

В исследовании, опубликованном в Microbial Biotechnology, Коннерс обнаружил, что два менее известных вида пурпурных бактерий в пределах рода Rhodomicrobium продемонстрировали замечательную способность производить полимеры, особенно при добавлении небольшого количества электричества и азота. «Изучение бактерий, которые были упущены из виду, может раскрыть их неиспользованный потенциал», — сказал Коннерс.

Бактерии Rhodomicrobium обладают уникальными свойствами, которые делают их интересными кандидатами для производства натурального биопластика. В отличие от других видов, которые свободно плавают в виде отдельных клеток, Rhodomicrobium образует взаимосвязанные сети, которые, по-видимому, особенно хорошо подходят для производства PHA.

Во втором исследовании, опубликованном в Applied and Environmental Microbiology, исследователи сосредоточились на Rhodopseudomonas palustris TIE-1, виде, традиционно известном своей нежеланием производить PHA. С помощью генной инженерии команда значительно увеличила выработку PHA бактериями. Один особенно успешный подход включал в себя вставку гена, который усиливал выработку RuBisCO, фермента, критически важного для захвата углерода из воздуха и воды. Результат? Резкое увеличение выработки PHA, превращающее ранее вялые бактерии в мощных производителей биопластика.

Команда Вашингтонского университета настроена оптимистично и считает, что аналогичные методы генной инженерии можно будет применить и к другим бактериям, что потенциально позволит добиться еще больших объемов производства биопластика.

Заглядывая вперед, Бозе и ее команда планируют внимательно изучить качество и потенциальные области применения биопластиков, производимых в их лаборатории. «Мы надеемся, что эти биопластики приведут к реальным решениям в ближайшем будущем», — сказала она.

Эти открытия знаменуют собой значительный шаг вперед в поисках экологически чистых материалов, вселяя надежду на будущее, в котором экологически чистые биопластики заменят свои аналоги на основе нефти.