Ученые создали бактерию, которая перерабатывает пластик в парацетамол
Химики и биологи модифицировали кишечную палочку, чтобы она перерабатывала ПЭТ — один из самых распространенных видов пластика. Эти бактерии превратили отходы от пластиковых бутылок в ацетаминофен, активный компонент парацетамола.
Проблема загрязнения окружающей среды пластиком стоит остро во всем мире. Один из самых массовых полимеров — полиэтилентерефталат, или ПЭТ. Из него делают бутылки для напитков, контейнеры для еды и волокна для одежды. Ежегодное производство ПЭТ превышает 50 миллионов тонн, большая часть этой продукции становится мусором после однократного использования. Существующие методы переработки не всегда эффективны и экономически выгодны, поэтому ученые ищут новые способы утилизации пластиковых отходов.
Одновременно с этим глобальной задачей остается переход химической промышленности на возобновляемое сырье. Многие лекарства, красители и важные вещества получают из ископаемого топлива, например из нефти. Биотехнологии предлагают альтернативу — использовать микроорганизмы для синтеза нужных соединений из более экологичных источников.
Однако природный «инструментарий» бактерий ограничен. Чтобы расширить их возможности, исследователи встраивают в живые клетки химические реакции, которые в природе не встречаются. Этот подход позволяет создавать уникальные производственные цепочки, где микробы играют роль миниатюрных химических фабрик. Новая работа объединила решение обеих проблем: переработки пластика и создания устойчивого производства лекарств.
Исследователи сосредоточились на обычной кишечной палочке Escherichia coli. Ее метаболизм хорошо изучен, что упрощает генетическую модификацию. Целью было внедрить в клетку новую для нее химическую реакцию — перегруппировку Лоссена.
Это процесс из арсенала органической химии, который нужен, чтобы превращать одни органические молекулы в другие, а именно — в амины, важные строительные блоки для многих промышленных химикатов и лекарств. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Chemistry.
Сначала ученые проверили, сможет ли эта реакция протекать внутри живой клетки, не убивая ее. Для этого они разработали хитроумный эксперимент: взяли специальный штамм E. coli, который не способен самостоятельно производить пара-аминобензойную кислоту (ПАБК). Без этого вещества бактерия не может синтезировать жизненно важные нуклеотиды и фолиевую кислоту, поэтому погибает.
Затем в питательную среду добавили особое исходное вещество — субстрат для перегруппировки Лоссена. Расчет был прост: если реакция внутри клетки пройдет успешно, из этого субстрата образуется необходимая бактерии ПАБК, и микробная культура начнет расти. Если же реакция не пойдет или окажется токсичной, роста не будет.
В результате бактерии выжили и начали размножаться, причем даже без добавления специальных катализаторов, которые обычно ускоряют перегруппировку Лоссена. Дальнейший анализ показал, что роль катализатора сыграли фосфат-ионы — соединения фосфора, которые в большом количестве содержатся в питательной среде и внутри самих клеток. Таким образом, ученые не только доказали биосовместимость новой реакции, но и открыли неожиданную роль фосфатов в клеточной химии.
Следующим шагом стало подключение к процессу реальных пластиковых отходов. Исследователи взяли обычную пластиковую бутылку из ПЭТ и химически разложили ее до мономера — терефталевой кислоты. Из этого вещества они синтезировали тот же субстрат для перегруппировки Лоссена, что использовали в первом эксперименте.
Модифицированные кишечные палочки поместили в среду с полученным из пластика соединением. Бактерии успешно использовали его, росли и размножались со скоростью, сопоставимой с ростом на чистом, лабораторно синтезированном субстрате. Это доказало принципиальную возможность использовать ПЭТ-отходы как сырье для микробиологического синтеза.
Финальной и самой амбициозной задачей было создание полной цепочки от пластика до лекарства. ПАБК, которую бактерии научились делать из ПЭТ, служит промежуточным звеном на пути к парацетамолу.
Чтобы завершить трансформацию, ученые встроили в геном E. coli еще два гена, которые кодируют ферменты из гриба Agaricus bisporus и бактерии Pseudomonas aeruginosa. Первый из них превращает ПАБК в 4-аминофенол, а второй присоединяет к нему ацетильную группу, в результате чего и получается финальный продукт — парацетамол.
После оптимизации ученым удалось добиться высокой эффективности. Во время однореакторного двухстадийного процесса выход парацетамола из субстрата, полученного из пластиковой бутылки, составил 92%.
Научная работа показала принципиально новый подход к «апсайклингу» — превращению отходов во что-то более ценное. Исследователи успешно встроили в метаболизм живой клетки химическую реакцию, не существующую в природе, и заставили ее работать на благо человека. В итоге метод позволил создать полную производственную цепочку — от пластикового мусора до одного из самых востребованных в мире лекарств.
Telegram 
Дзен 
VK Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Десятого мая 1940 года вермахт пришел в движение. Через 42 суток англо-французские армии были разгромлены, а Франция капитулировала. Как это произошло, ведь союзники имели больше солдат, танков и пушек, чем немцы? В СССР причиной посчитали нежелание французов воевать, немцы же, говорили советские военные, не внесли в стратегию ничего нового. Реальность была строго обратной: разгром Франции был новым словом в войне, и такой же сценарий Гитлер применил против СССР через год. Что именно произошло и отчего советское руководство не смогло осознать случившееся?
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии