Сконструированные бактерии превращают переработанный пластик в парацетамол, распространенное обезболивающее средство, предлагая путь к созданию фармацевтических препаратов без использования ископаемых.
Почти каждый аспект повседневной жизни человека сегодня связан с ископаемым топливом. Пластиковая зубная щетка, синтетическая одежда или даже простое обезболивающее - каждый из этих предметов начинался с сырой нефти. При производстве этих товаров в атмосферу Земли выбрасываются тонны углекислого газа, что с каждым годом делает планету все более жаркой и менее жизнеспособной. Но, возможно, существует способ уменьшить зависимость от ископаемого топлива, не закрывая целые отрасли промышленности.
В течение последнего десятилетия Стивен Уоллес, биолог-синтетик из Эдинбургского университета, работает над созданием микробов для производства различных химических веществ из экологически чистых источников. Он создал бактериальные фабрики по производству сырья для нейлона из бумажных отходов и ванильных ароматических соединений из выброшенного пластика. Недавно Уоллес и его коллеги разработали бактерии, которые превращают пластиковые отходы в широко используемый анальгетик парацетамол. Эта технология, опубликованная в журнале Nature Chemistry, имеет незначительный углеродный след и открывает новые возможности для использования переработанного пластика.
Ежегодно производится 56 миллионов тонн пластиковых бутылок из которых примерно 45% оказываются на свалках, загрязняя окружающие экосистемы. Чтобы найти этим отходам лучшее применение, Уоллес и его сотрудники использовали синтетическую химическую реакцию, называемую перегруппировкой Лоссена. Этот процесс позволяет превратить молекулы, полученные в результате переработки полиэтилентерефталата (ПЭТ), широко распространенного вида пластика, в новые полезные соединения.
Перегруппировка Лоссена обычно требует сложных условий, таких как высокая температура и щелочность. Однако Уоллес и его группа заметили, что этот процесс может происходить и за счет бактерий Escherichia coli при биологически приемлемых параметрах. Чтобы проверить эффективность этого процесса в бактериях, исследователи разработали химическую реакцию для получения парааминобензойной кислоты (ПАБК), молекулы, необходимой для роста клеток. Заставив кишечную палочку с дефицитом ПАБК провести перегруппировку Лоссена в переработанном пластике, исследователи заметили, что добавление фосфатов в среду для роста позволило провести реакцию в пределах биосовместимости.
Далее Уоллес и его коллеги выяснили, можно ли использовать эти бактерии-конструкторы для производства соединений, которые традиционно нуждаются в ископаемом топливе, - лекарств. Промышленность использует нефтепродукты для производства таких препаратов, как аспирин, парацетамол, антибиотики и антипсихотики. Но парацетамол также может быть синтезирован в клетках из ПАБК с помощью двух микробных ферментов. Уоллес и коллеги внедрили гены этих ферментов в ПАБК-дефицитную кишечную палочку, снабдили ее переработанными пластиковыми отходами и наблюдали, как происходит волшебство. Бактерии превратили 92% молекул переработанного пластика в парацетамол.
Несмотря на то, что исследователям необходимо стандартизировать процесс, чтобы увеличить масштабы производства, превращение пластиковых отходов в необходимое обезболивающее средство демонстрирует неиспользованный потенциал сочетания синтетической и биологической химии.
