Южнокорейские исследователи разработали генно-модифицированный штамм кишечной палочки (E. coli), способный синтезировать полимеры из глюкозы. Решение может снизить зависимость от нефтехимического сырья и предложить альтернативу традиционным пластикам, которые не разлагаются в природе.

В основе технологии лежит система бактериального синтеза полигидроксиалканоатов (PHA) — полиэфиров, которые микробы производят при избытке углерода и дефиците других питательных веществ. Учёные модифицировали ферменты, чтобы заставить бактерии создавать полимеры с включением аминокислот. Для этого они объединили два ключевых компонента: фермент из Clostridium, связывающий аминокислоты с коэнзимом А, и модифицированную PHA-синтазу из Pseudomonas с четырьмя мутациями, формирующую полимерные цепи.

Культуры бактерий Escherichia coli (E. coli) на чашке Петри. Источник: Md Ariful Islam

Первые эксперименты показали низкий выход полимера (2%–5% от массы бактерий), но добавление дополнительных копий генов, отвечающих за синтез лизина, увеличило его долю в материале до 80%, а общий выход — до 8%. Отключение гена, кодирующего фермент производства молочной кислоты, сократило её включение в полимер с 30% до менее 1%. Дальнейшая оптимизация с помощью вспомогательных ферментов позволила достичь выхода полимера более 50% от биомассы.

Полученные материалы сохраняют биоразлагаемость, так как связи в полимерах формируются естественными ферментами. Учёные также доказали, что мутации в PHA-синтазе позволяют «настраивать» состав полимеров, усиливая включение целевых аминокислот или добавляя нестандартные компоненты.

Однако технология пока не готова для промышленности. Система не гарантирует 100%-ной чистоты: ферменты случайно включают в полимеры побочные продукты метаболизма бактерий. Кроме того, процесс синтеза медленнее традиционных методов, а очистка материала от клеточных компонентов требует дополнительных ресурсов.

«Работа демонстрирует гибкость биосинтетических подходов, — отмечают авторы. — Мы показали, как бактерии могут стать фабриками для "зелёных" материалов с заданными свойствами». Разработка открывает путь к созданию пластиков, которые не только производятся из возобновляемого сырья, но и безопасно разлагаются, возвращаясь в природный цикл.

Подробнее на iXBT