Živa plastika je novo rješenje za zaštitu okoliša

Istraživačka grupa dr. Zhuojun Daiema na Institutu za naprednu tehnologiju Shenzhen (SIAT) Kineske akademije znanosti, objavila je studiju pod nazivom "Razgradiva živa plastika programirana modificiranim sporama" u časopisu Nature Chemical Biology .

Studija iskorištava prirodnu otpornost spora, koje mogu preživjeti ekstremne uvjete okoliša, programirajući ih da luče enzime koji razgrađuju plastiku pod određenim okolnostima. Ove se spore ugrađuju u plastične matrice korištenjem standardnih metoda obrade. Oni ostaju neaktivni u normalnim uvjetima, ali se aktiviraju nakon specifičnih okidača, poput erozije ili kompostiranja, pokrećući razgradnju plastike.

Izum plastike revolucionirao je svakodnevni život, ali masovna proizvodnja i nepravilno odlaganje plastičnog otpada pretvorili su onečišćenje plastikom u veliki ekološki problem.

U ovoj su studiji istraživači upotrijebili sintetičku biologiju kako bi napravili bakteriju Bacillus subtilis s genetskim sklopom koji kontrolira izlučivanje enzima koji razgrađuje plastiku (lipaza BC iz Burkholderia cepacia ).

Pod stresom iona teških metala, Bacillus subtilis stvara spore koje su otporne na ekstremne uvjete. Istraživači su pomiješali te modificirane spore s plastičnim granulama polikaprolaktona (PCL) i proizveli plastiku koja sadrži spore ekstruzijom na visokoj temperaturi ili korištenjem otapala.

Ispitivanja su pokazala da ova "živa plastika" ima slična fizikalna svojstva kao obična PCL plastika. Tijekom svakodnevne upotrebe, spore ostaju u stanju mirovanja, osiguravajući stabilnu izvedbu plastike, a prvi ključni korak u razgradnji plastike je oslobađanje spora ugrađenih u živu plastiku za oživljavanje stanica.

Istraživači su demonstrirali dvije metode oslobađanja spora. Jedna metoda koristi lipazu B iz Candida antarctica (lipaza CA) za nagrizanje plastične površine. Oslobođene spore zatim klijaju i eksprimiraju lipazu BC, koja se veže na krajeve polimernih lanaca PCL-a i gotovo potpuno razgrađuje molekule PCL-a.

Rezultati su pokazali da se živa plastika može učinkovito razgraditi unutar 6-7 dana, dok je obična PCL plastika podvrgnuta samo površinskom oštećenju (lipaza CA) i nakon 21 dan imala veliku količinu plastičnih ostataka.

Druga metoda oslobađanja spora je kompostiranje. U nedostatku bilo kakvih dodatnih egzogenih agenasa, živa plastika u tlu mogla bi se potpuno razgraditi unutar 25-30 dana, dok je tradicionalnoj PCL plastici trebalo oko 55 dana da se razgradi do razine nevidljive golim okom.

Istraživači su također istražili primjenjivost ovog sustava izvan PCL plastike. Pomiješali su spore koje nose zelene fluorescentne plazmide s raznim drugim plastičnim materijalima, uključujući PBS (polibutilen sukcinat), PBAT (polibutilen adipat-ko-tereftalat), PLA (polimliječna kiselina), PHA (polihidroksialkanoati), pa čak i PET (polietilen tereftalat), i obradili smjesu na temperaturama do 300°C. Nakon oslobađanja spora fizičkim mljevenjem, istraživači su otkrili da spore još uvijek mogu oživjeti i eksprimirati zeleni fluorescentni protein, pokazujući potencijal metode za korištenje s drugim vrstama plastike.

Kako bi potvrdili potencijal za povećanje, istraživači su proveli mali industrijski test na PCL sustavu koristeći ekstruder. Generirani živi PCL i dalje je pokazivao svojstva brze i učinkovite razgradnje.

Štoviše, istraživači su živu funkcionalnu plastiku uronili u Sprite na dva mjeseca. U nedostatku vanjskih čimbenika, živi PCL zadržao je stabilan oblik, pokazujući svoju robusnost tijekom uporabe.

Ovo istraživanje pruža nove perspektive i metode za razvoj biorazgradive plastike i održivosti.