O echipă de bioingineri de la Universitatea Kobe din Japonia a reușit să modifice genetic bacteria comună E. coli pentru a o transforma într-o „bio-fabrică” microscopică, capabilă să producă un compus de înaltă performanță, biodegradabil, care ar putea înlocui PET-ul (polietilentereftalatul) folosit în sticle și textile. Descoperirea, publicată în jurnalul Metabolic Engineering, deschide calea către o nouă eră a producției de materiale, una bazată pe biologie, nu pe petrochimie.
Durabilitatea plasticului este, în mod paradoxal, atât calitatea sa principală, cât și blestemul său. Deoarece nu se degradează în mod natural, acesta persistă în mediu timp de secole, fragmentându-se în microplastice dăunătoare. Mai mult, producția sa depinde de resurse neregenerabile și este vulnerabilă la crizele geopolitice. Deși există alternative bio-bazate, acestea se confruntă adesea cu probleme de randament, puritate și, implicit, costuri de producție ridicate.
Compusul pe care s-au concentrat cercetătorii japonezi, numit PDCA (acid piridindicarboxilic), este considerat un candidat ideal pentru a înlocui PET-ul. Este biodegradabil și, atunci când este încorporat în materiale, le conferă proprietăți fizice comparabile sau chiar superioare, precum rezistența mecanică și termică. Provocarea a fost, însă, cum să îl produci eficient și curat.
O abordare inovatoare
„Majoritatea strategiilor de producție bazate pe biomasă se concentrează pe molecule formate din carbon, oxigen și hidrogen,” a explicat liderul echipei, bioinginerul Tsutomu Tanaka. „Însă, există compuși foarte promițători pentru plastice de înaltă performanță care includ și alte elemente, precum azotul, dar pentru care nu există strategii de bio-producție eficiente.”
În loc să se bazeze pe reacții chimice, care generează inevitabil produși secundari nedoriți, echipa de la Kobe a abordat problema dintr-un unghi complet nou: ingineria metabolică. Ei au „reprogramat” metabolismul bacteriei E. coli, introducând enzime specifice care i-au permis să asimileze azotul din mediul de cultură și să construiască molecula complexă de PDCA de la zero, folosind ca materie primă doar glucoza (zahăr).
Un succes spectaculos
Rezultatul a depășit așteptările. Echipa a reușit să obțină în bioreactoare o concentrație de PDCA de șapte ori mai mare decât orice altă încercare raportată anterior, și, cel mai important, au făcut acest lucru într-un proces „curat”, fără a genera produși secundari toxici.
Drumul nu a fost lipsit de obstacole. La un moment dat, cercetătorii au descoperit că una dintre enzimele introduse producea peroxid de hidrogen (apă oxigenată), o substanță extrem de reactivă care ataca și dezactiva chiar enzima care o producea, oprind procesul. „Prin rafinarea condițiilor de cultură, în special prin adăugarea unui compus care poate neutraliza peroxidul de hidrogen, am reușit în final să depășim problema,” a spus Tanaka, recunoscând însă că acest aditiv ar putea prezenta noi provocări la scară industrială.
Un înlocuitor pentru plastic
Succesul acestui experiment are implicații care depășesc cu mult simpla producție a unui nou tip de plastic. El demonstrează că, prin inginerie metabolică, pot fi create „fabrici” microbiene capabile să sintetizeze o gamă largă de compuși complecși, inclusiv pe bază de azot, deschizând noi orizonturi pentru industria chimică și farmaceutică.
„Capacitatea de a obține cantități suficiente în bioreactoare pune bazele pentru următorii pași către implementarea practică,” a concluzionat Tanaka. „Realizarea noastră în încorporarea enzimelor din metabolismul azotului lărgește spectrul de molecule accesibile prin sinteză microbiană, sporind astfel și mai mult potențialul bio-producției.”
