Колба, которая переписывает судьбу мусора: бактерии превращают ПЭТ в одно из самых востребованных лекарств

Разработка, выполненная группой учёных, заставляет по-новому взглянуть на проблему пластиковых отходов: исследователи создали бактерии, способные преобразовывать химические вещества из пластиковых бутылок в парацетамол, об этом сообщает издание Earth.

В лабораторных колбах в Шотландии штамм микробов превращал переработанный ПЭТ в лекарство с выходом около 92 %, демонстрируя принципиально иной путь получения распространённого обезболивающего.

От бытовых отходов к медицинскому сырью

Работу возглавил профессор Эдинбургского университета Стивен Уоллес, химик, который объединяет биологические и синтетические подходы для создания новых производственных процессов. Его исследования направлены на использование микробов и неестественных реакций для превращения бытовых отходов в полезные соединения.

Сейчас ежегодный выпуск ПЭТ-пластика составляет около 120 млрд фунтов, и большая часть промышленного парацетамола производится на основе нефтехимического сырья.

Учёные показали, что пластиковые фрагменты могут стать альтернативой: сначала ПЭТ измельчали в хлопья, затем мягкая химическая обработка превращала их в растворимую молекулу.

После этого был выведен штамм кишечной палочки, который не мог расти без превращения этой молекулы в необходимое для себя питательное вещество.

Необычная реакция внутри живых клеток

Исследование демонстрирует, что фосфат внутри кишечной палочки запускает реакцию, способную идти в неповреждённых клетках без нарушения их функций. Химики называют такую цепочку биосовместимой. Ключевым этапом стала перегруппировка Лоссена — процесс, при котором кислотные группы превращаются в амины.

В результате образуется парааминобензойная кислота (ПАБК), необходимая бактериям для синтеза фолиевой кислоты и ДНК. Чтобы расширить путь превращения, учёные добавили два гена из грибов и почвенных микроорганизмов, позволив ПАБК преобразовываться в парацетамол внутри клетки. По словам команды, в оптимальных условиях путь от ПЭТ-производного до готовой молекулы занимал менее суток ферментации.

Потенциал и ограничения переработки

Обычно переработка пластика сводится к получению материалов более низкого качества или сжиганию, что обнуляет большую часть его химической ценности.

Новые данные подтверждают, что модифицированные микробы способны превращать пластиковое сырьё в востребованные соединения, включая биоразлагаемые материалы. Отличием текущей работы стало то, что реакция Лоссена протекает внутри живой культуры без участия фермента.

Парацетамол входит в модельный Список основных лекарственных средств ВОЗ, и переход к производству на базе отходов теоретически может снизить зависимость от ископаемого топлива и уменьшить выбросы. Однако такие преимущества предстоит подтвердить через технико-экономические и экологические оценки.

Проблемы масштабирования и биобезопасности

Перевод процесса из лаборатории в промышленность потребует поддержания жизнеспособности бактерий в тысячах галлонов культуральной среды. Инженерам нужно обеспечить стабильный приток пластикового сырья, фильтрацию примесей и сохранение условий, необходимых для реакции.

Промышленные ферментёры сопряжены с рисками: температурные колебания, дефицит кислорода и накопление побочных продуктов могут замедлять процесс или полностью останавливать его.

Регуляторные требования к качеству парацетамола остаются строгими: каждая партия, полученная с участием микроорганизмов, должна соответствовать стандартам чистоты и стабильности, сопоставимым с традиционным производством.

В экспериментах применяются безопасные лабораторные штаммы кишечной палочки, которые содержатся в закрытой системе. Кроме того, бактерии сконструированы так, что их рост зависит от соединения на основе ПЭТ, что даёт исследователям дополнительный инструмент контроля.

Новый взгляд на ценность отходов

Исследование показывает, что отходы могут становиться сырьём для товаров первой необходимости, включая лекарства. Пластиковые бутылки в этом случае рассматриваются как источник химического углерода, а не как мусор, что способно стимулировать создание систем сбора и переработки.

Хотя работа остаётся лабораторной демонстрацией, она намекает на возможность совместного развития переработки пластика и методов синтетической биологии.

История превращения бутылок в парацетамол — это попытка объединить химию и биологию в решении проблемы отходов и создании альтернативных путей получения медикаментов.