Odkrycie naukowców: samorozkładający się bio-plastik, który wchłania się w miesiąc

Zespół badaczy opracował innowacyjny „żywy plastik”, który samodzielnie ulega biodegradacji. To przełomowe odkrycie pozwala na znaczne skrócenie czasu kompostowania nowego plastiku do jednego miesiąca, podczas gdy tradycyjne tworzywa sztuczne wymagają do tego nawet 55 dni.

Naukowcy zainspirowali się zdolnościami białek, które naturalnie rozkładają plastik. Białka te są produkowane przez specyficzne bakterie, jakie zostały odkryte w 2016 roku w jednym z japońskich zakładów recyklingowych. W ciągu kolejnych lat badacze natknęli się na inne gatunki bakterii, które ewoluowały w taki sposób, że wykształciły enzymy zdolne do konsumpcji plastiku. To obserwacja wywołała pomysł stworzenia ich syntetycznych odpowiedników o jeszcze większym apetycie na odpady plastikowe.

Pod kierownictwem biologa Chenwanga Tanga, zespół badaczy z Chińskiej Akademii Nauk (CAS), udało się zintegrować zarodniki bakterii, które produkują owe enzymy, bezpośrednio do struktury polikaprolaktonowego plastiku (PCL). Enzymy te, będąc dużymi i złożonymi białkami, są często niestabilne lub bardzo delikatne. Dlatego naukowcy postanowili wstawić gen enzymu lipazy, pochodzący od bakterii Burkholderia cepacia (BC) do DNA drobnoustroju o nazwie Bacillus subtilis, który w formie zarodników wytrzymuje wysokie temperatury i ciśnienie.

Gdy powierzchnia plastiku ulega erozji, uwolnione zarodniki zaczynają rosnąć. Kiełkująca B. subtilis produkuje swoją kopię lipazy BC, która natychmiast zaczyna działać degradując cząsteczki PCL. Co więcej, Tang i jego zespół odkryli, że dodanie drugiej lipazy produkowanej przez drożdże Candida antarctica przyspiesza proces rozkładu tworzywa do tygodnia.

W ramach badań naukowcy sprawdzali czy zarodniki są w stanie przetrwać proces produkcji innych rodzajów tworzyw sztucznych. W tym celu opracowali specjalne bakterie emitujące fluorescencyjne markery. Badania zostały przeprowadzone na takich tworzywach jak PBS (polibutylen bursztynian), PBAT (poliadypinian butylenu-ko-tereftalan), PLA (kwas polimlekowy), PHA (polihydroksyalkaniany), a nawet tworzywo PET (tereftalan polietylenu), które wymaga temperatury dochodzącej do 300 oC.

Tworzywa sztuczne, które zawierały zarodniki, po ugotowaniu lub zniszczeniu fizycznym, zaczęły emitować światło. To dowodzi, że zarodniki są w stanie przetrwać „proces pieczenia” i uwalniają się, gdy rozkład plastiku jest inicjowany.

Naukowcy z CAS zwracają uwagę, że „żywe tworzywa sztuczne” utrzymały swoją stabilność nawet po 60 dniach przechowywania w wodzie sodowej. Wskazuje to na ich potencjalne zastosowanie jako materiałów opakowaniowych. Dodać należy, że plastik ten jest w stanie całkowicie rozpaść się bez dodatku antybiotyków, co podkreśla solidność systemu.

Mimo, że te wyniki są jedynie początkiem badań nad tą technologią, stanowią obiecujące rozwiązanie rosnącego problemu zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi. Zespół z CAS ma nadzieję, że ich nowe podejście do produkcji tworzyw sztucznych pewnego dnia zaowocuje powstaniem zrównoważonych, biodegradowalnych materiałów, które nie będą zanieczyszczać naszej planety przez wieki po jednorazowym użyciu.

Wyniki badań zostały opublikowane w prestiżowym magazynie Nature Chemical Biology.