Ερευνητές του Rensselaer Polytechnic Institute στη Νέα Υόρκη ανέπτυξαν ένα στέλεχος βακτηρίων που μπορεί να μετατρέψει τα πλαστικά απόβλητα σε βιοδιασπώμενο μετάξι. Είναι η πρώτη φορά που επιστήμονες χρησιμοποιούν βακτήρια για να μετατρέψουν πολυαιθυλένιο σε ένα υψηλής αξίας πρωτεϊνικό προϊόν.
Το πολυαιθυλένιο, το οποίο βρίσκεται σε προϊόντα όπως πλαστικές σακούλες, μπουκάλια νερού και συσκευασίες τροφίμων, είναι ο μεγαλύτερος παράγοντας της πλαστικής ρύπανσης παγκοσμίως και μπορεί να χρειαστούν έως και 1.000 χρόνια για να αποικοδομηθεί με φυσικό τρόπο. Μόνο ένα μικρό μέρος του πολυαιθυλενίου ανακυκλώνεται, οπότε τα βακτήρια που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ανακύκλωση ορισμένων από τα εναπομείναντα απόβλητα.
Οι επιστήμονες στράφηκαν σε βακτήρια που είναι φυσικά ικανά να καταναλώνουν πολυαιθυλένιο. Στη συνέχεια τα τροποποίησαν γενετικά ώστε να μπορούν να παράγουν ένα υλικό που μοιάζει με μετάξι, εισάγοντας μια αλληλουχία αμινοξέων παρόμοια με μια πρωτεΐνη που βρίσκεται στο μετάξι.
«Αυτό που χρησιμοποιούμε είναι μια διαδικασία που μοιάζει πολύ με την παρασκευή μπύρας», εξήγησε η Έλεν Ζα, επίκουρη καθηγήτρια χημικής και βιολογικής μηχανικής στο RPI και μία από τους συγγραφείς της νέας μελέτης.
Πρόκειται ουσιαστικά για ζύμωση. Αντί να ταΐζουν τα μικρόβια με ζάχαρη, όπως θα έκανε μια ζυθοποιία, οι ερευνητές τα τροφοδοτούν με μια προχωνευμένη μορφή πλαστικών απορριμμάτων που έχουν θερμανθεί υπό πίεση. Όταν τα βακτήρια τρώνε το πλαστικό, χρησιμοποιούν τον άνθρακα που περιέχει για να φτιάξουν το νέο υλικό. Η ίδια διαδικασία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή άλλων υλικών, αλλά οι επιστήμονες θέλησαν να ξεκινήσουν με το μετάξι λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων του. Το μετάξι μπορεί να είναι ταυτόχρονα πολύ ισχυρό και ελαφρύ και είναι φυσικά βιοδιασπώμενο.
«Το μετάξι της αράχνης είναι το Kevlar της φύσης», δήλωσε η Ζα. «Υπό πίεση, μπορεί να είναι σχεδόν τόσο ισχυρό όσο και ο χάλυβας. Ωστόσο, έχει έξι φορές μικρότερη πυκνότητα από τον χάλυβα, οπότε είναι πολύ ελαφρύ. Ως βιοπλαστικό, είναι ελαστικό, σκληρό, μη τοξικό και βιοδιασπώμενο», πρόσθεσε.
Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά το καθιστούν ένα εξαιρετικό υλικό για ένα μέλλον όπου οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και η μείωση της πλαστικής ρύπανσης είναι ο κανόνας, δήλωσε η ερευνήτρια.
Το φυσικό μετάξι χρησιμοποιείται ήδη σε ορισμένες εφαρμογές πέρα από τα υφάσματα, όπως ως συστατικό σε προϊόντα περιποίησης του δέρματος ή για την παρασκευή ιατρικών προϊόντων όπως χειρουργικοί επίδεσμοι. Όμως η παραδοσιακή διαδικασία παραγωγής δεν είναι βιώσιμη, καθώς απαιτείται πολύ χώμα, νερό και λίπασμα για την καλλιέργεια τροφής για τους μεταξοσκώληκες. Δεν μπορεί να επεκταθεί εύκολα, καθώς χρειάζεται χρόνος για την εκτροφή των μεταξοσκωλήκων και την παραγωγή κουκουλιών. Επίσης, οι αράχνες δεν εκτρέφονται για μετάξι επειδή η διαδικασία δεν θα ήταν αποτελεσματική.
Εάν το μετάξι παρασκευαζόταν από πλαστικό θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί ευρύτερα για την κατασκευή αντικειμένων όπως τα πλαστικά περιτυλίγματα, τα οποία δεν ανακυκλώνονται εύκολα.
«Πρόκειται για πρωτεΐνη, οπότε θα μπορούσατε να την φάτε αν θέλετε», είπε η Ζα.
Η χρήση γονιδιακής επεξεργασίας επέτρεψε στους επιστήμονες να προσαρμόσουν το υλικό, αναζητώντας έμπνευση από τους τύπους μεταξιού που φτιάχνουν διαφορετικά είδη αραχνών. Αξίζει να σημειωθεί ότι μια και μόνο αράχνη από μόνη της μπορεί να φτιάξει επτά διαφορετικούς τύπους).
«Ένα από τα πλεονεκτήματα των πειραμάτων με έναν τροποποιημένο οργανισμό σε αντίθεση με μια πραγματική αράχνη ή έναν πραγματικό μεταξοσκώληκα είναι ότι μπορούμε να ελέγξουμε με μεγάλη ακρίβεια την αλληλουχία αμινοξέων της πρωτεΐνης που φτιάχνουμε», σημείωσε η Ζα. «Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε επίσης να αρχίσουμε να ελέγχουμε και να συντονίζουμε τις ιδιότητες του υλικού που προκύπτει», πρόσθεσε.
Για παράδειγμα, ένα συστατικό μεταξιού που χρησιμοποιείται στα καλλυντικά μπορεί να τροποποιηθεί ώστε να συγκρατεί το νερό και να διασπάται εύκολα, ενώ το μετάξι που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενός υλικού που μοιάζει με νάιλον μπορεί να τροποποιηθεί ώστε να είναι πιο ελαστικό και να διαρκεί περισσότερο.
Η ομάδα προσπαθεί να βελτιώσει την αποδοτικότητα της διαδικασίας, ώστε τα βακτήρια να μπορούν να παράγουν περισσότερο υλικό. Αν και θα χρειαστεί περισσότερη έρευνα και ανάπτυξη, η Ζα πιστεύει ότι οι αποδόσεις μπορούν να βελτιωθούν σε σημείο που η παραγωγή να γίνει εμπορικά βιώσιμη.
«Αντί για μεγάλα χημικά εργοστάσια, με πραγματικά δυσάρεστες χημικές ουσίες και υψηλές θερμοκρασίες, που φτιάχνουν πλαστικά», εξήγησε η Ζα, «η φύση θα μπορούσε να φτιάξει τα υλικά που χρειαζόμαστε με τις ιδιότητες που χρειαζόμαστε, σε αρκετά χαμηλές θερμοκρασίες. Και αυτό το υλικό θα μπορούσε να είναι χρήσιμο και να μην ρυπαίνει μακροπρόθεσμα τον πλανήτη. Για μένα, αυτό είναι το είδος του μέλλοντος για το οποίο θα πρέπει να αγωνιζόμαστε», κατέληξε η ερευνήτρια.
ΠΗΓΗ: Fast Company
