קסם מיקרוביאלי: שינויים גנטיים פותחים את הנעילה של ביופלסטיקה מעולה

חיידקים מהונדסים יכולים לייצר משנה פלסטית שהופך פלסטיק מתחדש לעיבוד יותר, עמיד יותר לשברים ומתכלה מאוד אפילו במי ים. הפיתוח של אוניברסיטת קובה מספק פלטפורמה לייצור בקנה מידה תעשייתי, שניתן לכוונן, של חומר בעל פוטנציאל גדול להפוך את תעשיית הפלסטיק לירוקה.

פלסטיק הוא סימן היכר של הציוויליזציה שלנו. זוהי משפחה של חומרים בעלי יכולת צורה (ומכאן השם), רב-תכליתיים ועמידים, שרובם גם מתמשכים בטבעם ולכן הם מקור משמעותי לזיהום. יתרה מכך, פלסטיקים רבים מיוצרים מנפט גולמי, משאב שאינו מתחדש. מהנדסים וחוקרים ברחבי העולם מחפשים חלופות, אך אף אחת מהן לא נמצאה המציגות את אותם יתרונות כמו פלסטיק קונבנציונלי תוך הימנעות מהבעיות שלהם. אחת החלופות המבטיחות ביותר היא פולילקטית חוּמצָהשניתן להפיק מצמחים, אך הוא שביר ואינו מתכלה היטב.

פיתוח ביו-פלסטיק באוניברסיטת קובי

כדי להתגבר על הקשיים הללו, החליטו מהנדסי הביו של אוניברסיטת קובה בסביבת Seiichi Taguchi יחד עם חברת ייצור הפולימרים המתכלים Kaneka Corporation לערבב חומצה פולילקטית עם ביופלסטיק אחר, הנקרא LAHB, בעל מגוון תכונות רצויות, אך יותר מכל הוא מתכלה ומתערבב היטב. עם חומצה פולילקטית. עם זאת, על מנת לייצר LAHB, הם היו צריכים להנדס זן של חיידקים המייצר באופן טבעי מבשר, על ידי מניפולציה שיטתית של הגנום של האורגניזם באמצעות הוספת גנים חדשים ומחיקת גנים מפריעים.

חידושים בייצור ביופלסטיק

בכתב העת המדעי ACS Sustainable Chemistry & Engineering, כעת הם מדווחים שבכך הם יכולים ליצור מפעל פלסטיק חיידקי המייצר שרשראות של LAHB בכמויות גבוהות, תוך שימוש רק בגלוקוז כחומר הזנה. בנוסף, הם גם מראים שעל ידי שינוי הגנום, הם יכולים לשלוט על אורך שרשרת LAHB ובכך על תכונות הפלסטיק שנוצר. כך הם הצליחו לייצר שרשראות LAHB ארוכות עד פי עשרה מאשר בשיטות קונבנציונליות, אותן הם מכנים "LAHB במשקל מולקולרי גבוה במיוחד".

והכי חשוב, על ידי הוספת LAHB באורך חסר תקדים זה לחומצה פולילקטית, הם יכולים ליצור חומר שמציג את כל התכונות שאליהן כיוונו החוקרים. הפלסטיק השקוף ביותר שנוצר הוא הרבה יותר ניתן לעיצוב ועמיד יותר בפני זעזועים מחומצה פולילקטית טהורה, וגם מתכלה במי ים תוך שבוע. Taguchi מעיר על הישג זה, ואומר "על ידי מיזוג חומצה פולילקטית עם LAHB, ניתן להתגבר על הבעיות המרובות של חומצה פולילקטית במכה אחת, והחומר שהשתנה כך צפוי להפוך לביו-פלסטיק בר-קיימא מבחינה סביבתית המספק את הצרכים הסותרים של חוסן פיזי. והתכלות ביולוגית."

סיכויי עתיד והשפעה סביבתית

מהנדסי הביו של אוניברסיטת קובה, לעומת זאת, חולמים יותר. זן החיידקים בו השתמשו בעבודה זו מסוגל באופן עקרוני להשתמש ב-CO₂ כחומר גלם. כך אמור להיות אפשרי לסנתז פלסטיק שימושי ישירות מגז החממה. Taguchi מסביר, "באמצעות סינרגיה של פרויקטים מרובים, אנו שואפים לממש טכנולוגיית ייצור ביולוגית המקשרת ביעילות ייצור מיקרוביאלי ופיתוח חומרים."

מחקר זה הוזמן על ידי הארגון לפיתוח אנרגיה וטכנולוגיה תעשייתית חדשה של יפן (מענק JPNP20005) וממומן על ידי משרד החינוך, התרבות, הספורט, המדע והטכנולוגיה יפן (מענק 19K22069) וסוכנות המדע והטכנולוגיה של יפן (מענק JPMJTM19YC) . הוא נערך בשיתוף פעולה עם חוקרים מתאגיד Kaneka והמכון הלאומי למדע וטכנולוגיה תעשייתית מתקדמת.